科學家捕獲到黑洞吞噬恆星的全過程

科學家捕獲到黑洞吞噬恆星的全過程

來自NASA/ESA的哈勃太空望遠鏡(黃白色)和NASA的錢德拉x射線天文臺(紫色)的數據。左下方的紫白色光源顯示了一顆恆星的殘骸發出的x射線,當它落入一箇中等質量的黑洞時,被撕裂了。黑洞的宿主星系位於圖像的中央。

科學家們已經能夠證明小黑洞和超大質量黑洞的存在,但一種難以捉摸的黑洞——即所謂的中等質量黑洞的存在仍是人們熱議的話題。

來自新罕布什爾大學空間科學中心的一項新研究顯示,迄今為止最有力的證據表明,這種中等質量的黑洞確實存在,科學家偶然地捕獲了一個正在吞噬了恆星的黑洞。

“我們感到很幸運地發現了這個對象與大量的高質量的數據,這有助於確定黑洞的質量和理解這個壯觀的事件的本質”,新罕布什爾大學的太空科學中心研究助理教授林大成說。

在發表在《自然天文學》雜誌上的研究中,研究人員首次利用衛星成像技術探測到了這一重要的活動跡象。他們在一個遙遠星系的外圍發現了一個巨大的多波長輻射耀斑。耀斑的亮度會隨著時間的推移而衰減,就像一顆擾亂或被黑洞吞噬的恆星所預期的那樣。在這種情況下,這顆恆星在2003年10月受到破壞,它所產生的輻射在接下來的十年中衰減。發射光子在能量上的分佈取決於黑洞的大小。這些數據提供了為數不多的可靠的方法來稱重或確定黑洞的大小。

研究人員利用了三架軌道x射線望遠鏡、NASA的錢德拉x射線天文臺、Swift衛星以及歐洲航天局的XMM-牛頓衛星數據,找到了多波長輻射照明彈,這些照明彈有助於識別罕見的黑洞。長耀斑的特徵提供了恆星被撕裂的證據,被稱為潮汐擾動事件(TDE)。

由於來自黑洞的強烈引力,潮汐力可以摧毀一個物體,比如一顆離得太近的恆星。在TDE過程中,一些恆星碎片以高速向外拋去,而其餘的則落入黑洞。當它向內運動並被黑洞吸收時,這種物質會加熱到數百萬度,併產生明顯的x射線耀斑。研究人員表示,這些類型的耀斑很容易達到最大光度,是檢測中等質量黑洞最有效的方法之一。

林教授說:“從星系形成的理論來看,我們預計星團中會有很多質量中等的遊離黑洞。”“但我們知道的非常非常非常少,因為它們通常安靜得令人難以置信,很難被探測到,而當我們遇到被撕碎的恆星時,能量爆發的情況非常罕見。”

由於這種恆星觸發脈衝的發生率非常低,因此,科學家們認為,他們的發現意味著,在整個宇宙的星系外圍,潛伏著許多的中等質量黑洞。

名詞解釋:

雨燕衛星(Swift Gamma-Ray Burst Mission),全稱為伽瑪暴快速反應探測器,是美國宇航局2004年發射的一顆專門用於觀測伽瑪射線暴的天文衛星,工作在伽瑪射線、X射線、紫外線以及可見光多個波段。

XMM-牛頓衛星(原名多鏡片X射線觀測衛星)於1999年12月發射升空,是歐洲航天局的第二顆作為奠基石的任務。它的名字源於X射線多鏡面設計和紀念英國著名物理學家牛頓。這顆衛星裝備了三部X射線望遠鏡,因其奇異的飛行軌道而著稱,這種飛行軌道可令其長時間、不間斷觀測深空。它是迄今為止最靈敏的X射線望遠鏡,使用了170多了薄片圓柱體鏡面來收集和聚焦X射線。嵌套鏡面的總面積超過120平方米。三個X射線望遠鏡艙中的兩個裝有反射式測光儀(RGS),可用於X射線能量最詳細的分析。XMM-牛頓衛星讓歐洲天文學界獲得了諸多突破,如觀測到迄今在遙遠宇宙看到的最大星系團。


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