探秘黑洞系列之五：高速旋轉的特大質量黑洞撕裂恆星

原創：鄭娟娟

　　寫在前面：

　　探秘黑洞系列寫到第5篇，這一篇，筆者要介紹的是一次非常重要的天文事件。看完以後，大家或許會覺得很有意思，原來，科學觀測總在不斷地尋求真相——或是為理論提供新的證據，或是推翻曾經的判斷。無論是哪一種，這種孜孜以求的科學精神正是人類前進的重要動力。

　　先來看一張圖片：

　圖片來自：http://www.www.sciencedaily.com

　　這張計算機模擬效果圖描述了一顆大小與太陽類似的恆星，靠近一個迅速旋轉的特大質量黑洞，該黑洞的質量是太陽的1億倍，位於一個遙遠星系的中心。黑洞巨大的質量彎曲了來自它後方的恆星和星雲的光線（引力透鏡效應）。這個特大質量黑洞的視界大小僅僅是該恆星的200倍（儘管質量是它的1億倍），迅速的旋轉使它的外形呈現扁圓形。

　　為什麼會看這張圖呢？這要從2015年一次重要的天文事件說起。

　　2015年，超新星全天空自動探測（All Sky Automated Survey for SuperNovae，簡稱ASAS-SN）發現了一個重要的天文事件，稱之為ASASSN-15lh。這個天文事件是目前為止人類所記錄的最明亮的超新星爆發，它被分類為高光度超新星，是一個特大質量恆星在生命的盡頭髮生的巨大爆炸。它的亮度是曾經的超新星記錄保持者的2倍，而它的亮度峰值則達到了整個銀河系全光輸出的20倍。

　　ASASSN-15lh位於南天印第安座，它的宿主星系距離地球40億光年遠，是一個紅色的星系，該星系極其黯淡，直到ASASSN-15lh照亮該星系，才為人所知。

圖片：IA型超新星 來自：Home

　　此次爆發後，由以色列魏茨曼科學研究學院的Giorgos Leloudas領導的國際研究小組，對這個遙遠的星系進行了進一步觀測。最近，他們對這次非比尋常的天文事件提出了一個新的解釋。

　　Leloudas說，「我們花了10個月的時間觀察該天文事件的發生地，通過觀測得出的結論是，這個天文事件不太可能是由一顆異常明亮的超新星爆發造成的。觀測結果表明，該天文事件有可能是由一個迅速旋轉的特大質量黑洞摧毀一顆低質量恆星所引起的。」

　　新的設想認為，在這個40億光年之外的星系中心，有一個特大質量黑洞，它產生的極端引力，將一顆極度靠近它的太陽質量恆星扯破，這種現象在天文學上有個專門的術語，叫做潮汐瓦解事件。目前為止人類觀測到的潮汐瓦解事件大概只有10次。在潮汐瓦解事件中，黑洞巨大的潮汐力會撕裂恆星，一些恆星碎片被高速分裂，這些恆星碎片在被黑洞吸積時產生大量熱量，這一系列的過程就會產生光的爆發。這種光的爆發看起來就好像一個非常明亮的超新星爆發，儘管這顆被撕碎的恆星本身並不會成為一顆超新星——因為它並沒有足夠的質量。

　　目前，人類對特大質量黑洞周圍時空的了解，主要來自出於吸積狀態的黑洞。遺憾的是，有90%的超大質量黑洞處在休眠狀態。潮汐瓦解事件就好像休眠的黑洞巨人暫時醒來，撕碎恆星併產生驚人的光和熱。

圖片：潮汐瓦解事件的計算機模擬圖，中心為黑洞，左下方為恆星

　　圖片來自：http://sci.esa.int

　　Giorgos Leloudas領導的國際研究小組精選了地面和太空望遠鏡進行了持續觀測，這些望遠鏡包括屬於歐洲南方天文台的帕瑞納天文台甚大望遠鏡、拉西拉天文台的新技術望遠鏡，以及NASA/ESA哈勃太空望遠鏡。

　　「數個獨立的觀測結果都指向此次天文事件事實上可能是一次潮汐瓦解事件，而並非高光度超新星，」英國劍橋大學的Morgan Fraser（亦是該研究小組成員，目前供職於愛爾蘭都柏林大學）解釋到。

　　特別是，數據顯示，在10個月的持續觀測中，此次天文事件經歷了3個明顯的階段。與高光度超新星相比，整體數據的描述更像是一次潮汐瓦解事件。尤其是觀測到的紫外線再次活躍以及溫度升高，進一步減少了超新星事件的可能性。此外，事件發生地點——一個紅色的、巨大的、被動的星系，並不是通常情況下會產生高光度超新星的宿主星系。高光度超新星通常會發生在藍色的、恆星形成的矮星系中。

　　儘管研究小組認為此次天文事件看起來不太像超新星爆發，他們也承認，普通的潮汐瓦解事件也不能充分解釋此次天文事件。來自美國哥倫比亞大學的小組成員Nicholas Stone詳細描述到，「如果是不旋轉的特大質量黑洞並不能解釋此次潮汐瓦解事件，我們認為，ASASSN-15lh是由一個非常特別的黑洞所引起的潮汐瓦解事件。」

　　該宿主星系的質量意味著位於它中心的特大質量黑洞至少擁有1億倍的太陽質量。這樣巨大質量的黑洞通常不能撕裂位於它的視界之外的恆星。然而，如果這個黑洞屬於一個特別的類型——如果它恰巧旋轉得特別快（類似於我們曾經提到的克爾黑洞），那麼情況就大不相同了，質量上的限制就不再適用。

　　「儘管擁有所有收集到的全部數據，我們依然不能100%肯定ASASSN-15lh是一次潮汐瓦解事件，」 Leloudas說，「但是，到目前為止，這個解釋的可能性最大。」

　　如果這個新的解釋是正確的，無疑將會對特大質量黑洞的研究提供更多信息與幫助。

　　幾乎所有的大型星系的中心區域，都存在著特大質量黑洞，銀河系也不例外。這些特大質量黑洞，就像君王一樣統治著整個星系內的所有天體。下一篇，我們再接著聊一聊有關特大質量黑洞的話題。

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