天文学家在恒星碎片上发现一个黑洞“窒息”

在这位艺术家的渲染图中，随着恒星的离体漂移太近，潮汐破裂后，一个超大质量的黑洞周围形成了厚厚的吸积盘。恒星碎片已经朝黑洞坠落，并聚集在厚厚的混乱的热气盘中。圆盘中心附近的X射线闪光导致光回波，使天文学家可以绘制出漏斗状流的结构图，这是首次揭示了通常静止的黑洞周围的强引力效应。

一组天文学家发现了一个巨大的黑洞，它在星状碎片的突然涌入中“窒息”。黑洞位于距离地球近3亿光年的遥远星系中心。

麻省理工学院，美国宇航局戈达德太空飞行中心以及其他地方的研究人员今天在《天体物理学杂志快报》上发表的一篇论文中报道了“潮汐爆发耀斑”。当黑洞消灭附近的恒星时，电磁活动急剧爆发。耀斑是在2014年11月11日首次发现的，此后科学家们对该事件进行了各种望远镜的培训，以了解有关黑洞如何生长和演化的更多信息。

麻省理工学院领导的团队浏览了两个不同望远镜收集的数据，并确定了耀斑发射能量的奇怪模式：当被遮盖的恒星的尘埃落入黑洞时，研究人员观察到电磁波谱的光学和紫外线（UV）谱带中的微小波动。这种相同的模式在32天后重复了一次，这次是在X射线波段。

研究人员使用其他人对事件的模拟，推断出这种能量“回声”是在以下情况下产生的：当一颗恒星迁移到黑洞附近时，它被黑洞的引力迅速撕开。产生的恒星碎片不断旋转到黑洞附近，与自身碰撞，在碰撞部位发出一连串的光学和紫外线。随着将其进一步拉入，碰撞的碎片被加热，从而在碎片落入黑洞之前，产生了与光突发相同的X射线耀斑。

该论文的第一作者，麻省理工学院卡夫里天体物理与空间研究所的博士后Dheeraj Pasham说：“从本质上讲，这个黑洞已经有一段时间没有得到足够的补给了，突然间出现了一个不幸的恒星，里面充满了物质。” 。“我们看到的是，这种恒星材料不仅不断地被送入黑洞，而且还与自身相互作用-停下来走走，停下来走走。这告诉我们，突然供应的恒星碎片会“阻塞”黑洞。

Pasham的合著者包括MIT Kavli博士后Aleksander Sadowski，以及来自NASA戈达德太空飞行中心，马里兰大学，哈佛大学-史密森尼天体物理学中心，哥伦比亚大学和约翰霍普金斯大学的研究人员。

一次“幸运”的发现

帕萨姆说，潮汐破坏耀斑是进入宇宙中许多“隐藏”黑洞的潜在窗口，这些黑洞没有活跃地积聚或以物质为食。

帕萨姆说：“几乎每个庞大的星系都包含一个超大质量的黑洞。”“但除非他们发生潮汐干扰耀斑之类的事件，否则我们不会知道他们是否无所事事。”

当靠近黑洞迁移的恒星被拉离黑洞的巨大引力时，就会发生这种耀斑。这种恒星的消灭可以在整个电磁频谱上从无线电波段，通过光学和紫外线波长以及通过X射线和高能伽马射线波段发出令人难以置信的能量爆发。尽管非常极端，但潮汐破坏耀斑很少见，因为它们很少发生。

Pasham说：“您必须凝视一个星系大约10,000至100,000年，才能看到一颗恒星被中心的黑洞破坏。”

尽管如此，2014年11月11日，一个名为ASASSN（SuperNovae的全天空自动调查）的全球机器人望远镜网络从距今3亿光年的星系中拾取了可能的潮汐干扰耀斑信号。科学家迅速将其他望远镜聚焦在了这次事件上，其中包括美国宇航局（NASA）的Swift卫星上的X射线望远镜。

Pasham说：“直到最近，望远镜才开始彼此“交谈”，对于这一特殊事件，我们很幸运，因为很多人为此做好了准备。“这只是产生了很多数据。”

轻微碰撞

通过访问这些数据，Pasham和他的同事们想解决一个长期的谜团：耀斑的光是从哪里开始出现的？使用黑洞动力学模型，科学家已经能够估计，当黑洞将恒星撕裂时，由此产生的潮汐破坏耀斑会产生非常接近黑洞的X射线辐射。但是很难确定光学和紫外线发射的起源。这样做将是理解恒星破裂后会发生什么的又一个步骤。

帕萨姆说：“超大质量黑洞及其宿主星系原位生长。”“准确知道潮汐破坏耀斑会发生什么，可以帮助我们了解黑洞和星系的共同演化过程。”

研究人员研究了检测到的潮汐爆发耀斑（称为ASASSN-14li）的前270天。他们特别分析了Swift卫星和全球Las Cumbres天文台拍摄的X射线和光学/紫外线数据

望远镜。他们确定了X射线波段的波动或爆发-两个宽峰（一个是在第50天左右，另一个是在第110天左右），然后是在第80天一个短暂的下降。他们在大约32天前的光学/紫外线数据中发现了相同的模式。

为了解释这些发射的“回声”，研究小组对黑洞遮盖恒星产生的潮汐干扰耀斑进行了模拟。研究人员对所得的吸积盘（椭圆形的星状碎片盘绕黑洞旋转）及其可能的速度，半径和下降速度或材料掉入黑洞的速度进行了建模。

根据其他人进行的模拟，研究人员得出结论，光学和紫外线爆发可能是由于黑洞外围的恒星碎片碰撞所致。当这种碰撞的物质越靠近黑洞时，它就会变热，最终散发出X射线辐射，这可能会落后于光辐射，这与科学家在数据中观察到的情况相似。

“对于超大质量的黑洞不断增加的情况，您不会指望这种情况会发生，” Pasham说。黑洞周围的物质将缓慢旋转，并在每个圆形轨道上损失一些能量。但这不是这里发生的事情。因为您有很多物质掉到黑洞上，所以黑洞会与自身相互作用，再次掉入并再次相互作用。如果将来还有更多事件发生，也许我们可以看看其他潮汐干扰耀斑是否会发生这种情况。

这项研究部分得到了美国宇航局的支持。

出版物：Dheeraj R. Pasham等人，“潮汐干扰耀斑ASASSN-14li产生的光学/紫外线至X射线回波”，ApJL，2017年； doi：10.3847 / 2041-8213 / aa6003