黑洞如何「進食」恆星?你將看到整個過程!

翻譯:朱潔純 審核

:盡歡 原文作者:Matt Williams

黑洞如何“進食”恆星?你將看到整個過程!

特大質量黑洞附近恆星的特寫概念圖

(圖片來源:歐洲航天局(ESA)/哈勃(Hubble),歐洲南方天文臺(ESO),科恩梅塞爾(M. Kornmesser))

我們的銀河系中心有個特大質量黑洞(SMBH)人馬座A(Sagittarius A)。天文學家通過不斷觀測後發現,這個特大質量黑洞的直徑為4400萬公里(2734萬英里),質量大約是太陽質量的431萬倍。有時,一顆恆星會因離人馬座A太近而被殘忍撕裂,即眾所周知的“潮汐瓦解事件(TDE)”。

潮汐瓦解事件導致明亮輻射耀斑的釋放,這讓天文學家知道一顆恆星已經被吞噬了。遺憾的是,幾十年來,天文學家仍未能將這些事件跟其他星系現象區分開來。但是,多虧了國際天體物理學家團隊的一項新研究,天文學家構建出了一個統一模型來解釋近期觀測到的極端事件。

這項研究於近日發表在《天文物理學報通訊》上,標題為“潮汐瓦解事件統一模型

”,由尼爾斯·波爾(Niels Bohr)研究所黑暗宇宙學中心的物理學家簡∙利辛∙道伊(Jane Lixin Dai)博士領導,美國馬里蘭(Maryland)大學聯合空間科學研究所和加州大學聖克魯斯分校(UCSC)的成員也加入到她開展的研究中。

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銀河系中心特大質量黑洞插圖

恩里科∙拉米雷斯∙魯伊斯(Enrico Ramirez-Ruiz)是聖克魯斯分校的天文學和天體物理學教授,是哥本哈根大學的尼爾斯·波爾教授,也是該論文的合著者,他在UCSC的新聞發佈會上解釋道:

只有在最近十年左右,我們才能夠把潮汐瓦解事件跟其他星系現象區分開來,新模型將為我們提供理解這些罕見事件的基本框架。

大多數星系中,特大質量黑洞並不主動消耗任何物質,所以不會發光,通過光才能夠把它們跟活動星系核(AGNs)的星系區分開來。因此,潮汐瓦解事件非常罕見,一個典型星系每一萬年只發生一次。然而,恆星撕裂時會釋放出大量輻射。道伊博士解釋道:

“有趣的是,在如此極端的條件下,物質是如何進入黑洞的?黑洞吞噬恆星氣體的過程中會釋放出大量輻射。我們可以觀察到輻射,並利用它來了解物理原理,計算出黑洞的屬性,這使得尋找潮汐瓦解事件變得非常有趣。”

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潮汐瓦解事件釋放輻射過程圖的橫截面向我們展現了黑洞吞噬被瓦解恆星上的物質時會發生什麼

過去幾年裡,藉助廣域光學紫外線瞬變測量X射線望遠鏡,天文學家已經發現了十幾個潮汐瓦解事件。儘管所有潮汐瓦解事件的物理原理基本一樣,但天文學家已經注意到銀河系中存在著

不同類型的潮汐瓦解事件。雖然有些主要釋放X射線,但其他釋放的絕大部分是可見光和紫外光

因此,理論家們一直在努力理解觀測到的各種屬性,並創建一個可以解釋所有這些屬性的連貫模型。為了創建模型,道伊博士和她的同事把廣義相對論、磁場、輻射和氣體流體力學中的原理結合起來,還依靠最先進的計算工具和一些新近獲得的大型計算機集群,這些器材由美國國家科學基金和美國國家航空航天局(NASA)的延斯·約爾特(Jens Hjorth,黑暗宇宙學中心負責人)資助。

研究團隊利用這個模型得出了結論,觀察者的觀測視角決定了觀測結果的差異。本質上,地球上的觀察者觀察不同星系的方向是隨機的,他們在各自的方向上會看到不同的潮汐瓦解事件。拉米雷斯∙魯伊斯(Ramirez-Ruiz)解釋道:

這就好比野獸的一部分蒙上了一層面紗。從某些角度看,我們看到的是一隻裸露的野獸,但從其他角度看,我們看到的是一隻

遮蓋著的野獸。野獸還是那隻野獸,但我們的感知卻不盡相同。

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大口徑全天巡視望遠鏡概念圖

未來幾年裡,許多計劃中的調查項目預計將提供更多關於潮汐瓦解事件的數據,這將有助於拓展對這一現象的研究領域。其中包括由尼爾斯波爾研究所和加州大學聖克魯斯分校的黑暗宇宙學中心,基於在智利建造的大口徑全天巡視望遠鏡

(LSST)開展的年輕超新星實驗(YSE)瞬變觀測。

道伊博士表示,這個新模型展現了,天文學家從不同角度觀測潮汐瓦解事件時所能看到的東西,讓他們能夠將不同事件整合到一個連貫的框架中。“未來幾年內,我們將觀測到成百上千個潮汐瓦解事件”,道伊博士說道,“這將提供給我們許多‘實驗室’來測試我們的模型,同時利用這個模型來了解更多關於黑洞的信息。”

原文作者簡介:馬特∙威廉斯(Matt Williams)是今日宇宙太空指南的負責人,也是一名自由撰稿人、科幻小說作家和跆拳道教練。他和家人一起住在美麗的不列顛哥倫比亞省的溫哥華島上。


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