沒見過吧？這就是黑洞吞噬恆星的過程

來自專欄博科園

在我們的銀河系中心有一個被稱為人馬座a的超大質量黑洞(SMBH)。天文學家通過不斷的觀測發現，這個黑洞的直徑為4400萬公里(2734萬英里)，估計質量為431萬倍太陽質量。有時，一顆恆星會在一個被稱為「潮汐破壞事件」（TDE）的暴力過程中徘徊得太近被撕裂。

超質量黑洞附近的恆星特寫概念圖。圖片：ESA/Hubble, ESO, M. Kornmesser

這些事件導致了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。不幸的是，幾十年來，天文學家一直無法將這些事件與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，天文學家現在有了一個統一模型來解釋最近對這些極端事件的觀測。

這項研究最近發表在《天體物理學雜誌快報》上，標題為「潮汐破裂事件的統一模型」，由物理學家Jane Lixin Dai博士領導，他是Niels Bohr研究所的黑暗宇宙學中心的物理學家。馬里蘭大學聯合空間科學研究所和加利福尼亞大學聖克魯斯分校(UCSC)的成員也參加了她的活動。

銀河系中心特大質量黑洞的圖解。圖片：NRAO/AUI/NSF

他是哥本哈根大學的尼爾斯·玻爾教授，也是該論文的合著者，他在UCSC的新聞發布會上解釋說：只有在最近十年左右的時間裡，我們才能把潮汐破壞事件（TDEs）和其他星系現象區分開來，新的模型將為我們提供理解這些罕見事件的基本框架。在大多數星系中，大質量黑洞（SMBHs）不主動消耗任何物質，因此不發出任何光，這就把它們與有活動星系核(AGNs)的星系區分開來。

因此，潮汐擾動事件非常罕見，在一個典型的星系中，每1萬年只發生一次。然而，當一顆恆星被撕裂時，它會釋放出大量的輻射。戴博士解釋說：有趣的是，在如此極端的條件下，物質是如何進入黑洞的。當黑洞吞噬恆星氣體時，大量的輻射被釋放出來。輻射是我們可以觀察到的，利用它可以了解物理學並計算黑洞的性質，這使得尋找潮汐擾動事件變得非常有趣。

從潮汐擾動事件的插圖顯示在橫截面上，當來自被擾動的恆星的物質被黑洞吞噬時會發生什麼。圖片：Jane Lixin Dai

使用廣域光學和紫外線瞬變測量以及x射線望遠鏡在過去的幾年裡，有幾十個用於潮汐中斷事件的候選者被發現。儘管所有潮汐破壞事件（TDEs）的物理原理都是一樣，天文學家已經注意到有一些不同的潮汐破壞事件（TDEs）類型存在。雖然有些主要發射x射線，但有些主要發射可見光和紫外光。

因此，理論家們一直在努力理解觀測到的各種屬性，並創建一個能夠解釋所有這些屬性的連貫模型。為了建立他們的模型，戴博士和她的同事結合了廣義相對論、磁場、輻射和氣體流體力學的元素。該團隊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，這些大型計算機集群是由美國國家科學基金會和美國國家航空航天局(NASA)的Jens Hjorth(黑暗宇宙學中心負責人)資助。

通過這個模型，研究小組得出結論，觀察者的視角決定了觀察的差異。本質上，不同的星系對地球上的觀察者是隨機的，根據自己的方向看到不同的潮汐破壞事件（TDEs）。Ramirez-Ruiz解釋說：伯0好像有一層帕子遮著獸的身體。從某些角度看，我們看到的是一個裸露的野獸，但從其他角度來看，看到的是一隻被遮蓋的野獸。野獸是一樣的，但是我們的感知是不同的。

大型全景測量望遠鏡的概念圖，圖片：lsst

在未來幾年中，一些計劃中的調查項目預計將提供更多關於TDEs的數據，這將有助於擴大對這種現象的研究領域。其中包括年輕的超新星實驗(YSE)瞬變觀測，由尼爾斯·玻爾研究所(Niels Bohr Institute)和加州大學聖克魯斯分校(UC Santa Cruz)的黑暗宇宙學中心(DARK Cosmology Center)領導，以及在智利建造的大型天氣觀測望遠鏡(LSST)。

這個新模型展示了天文學家從不同角度觀察潮汐破壞事件（TDEs）時所能看到的東西，並將使他們能夠將不同的事件整合到一個連貫的框架中。將在幾年內觀測到成百上千的潮汐擾動事件。這將給我們提供許多『實驗室』來測試我們的模型，並利用它來了解更多關於黑洞的信息。對黑洞如何偶爾吞噬恆星的進一步了解也將為廣義相對論、引力波研究提供額外的測試，並幫助天文學家了解更多關於星系演化的信息。

博科園-科學科普｜文：Matt Williams｜來自：Universe Today｜參考：UCSC, Astrophysical Journal Letters