天文学家发现超大质量黑洞吞噬过往恒星

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据国外媒体报道,一项最新研究发现,所有黑洞,无论大小,都会经历类似的吸积周期。2018年9月9日,天文学家从8.6亿光年外的星系中发现了一道闪光。其源头是一个质量约为太阳5000万倍的超大质量黑洞。通常,这个巨大的黑洞会突然“醒来”,吞噬一颗经过的恒星。这种罕见的情况被称为潮汐破坏事件。当恒星碎片落入黑洞时,它以光的形式释放出巨大的能量。

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麻省理工学院(MIT)、欧洲南方天文台(europeansouthern observation)和其他地方的研究人员使用多台望远镜观测了这一被称为at2018fyk的事件。令他们惊讶的是,他们观察到当一个超大质量黑洞吞噬一颗恒星时,它的行为就像一个较小的恒星质量黑洞。

这一结果发表在2021年5月17日的《天体物理学杂志》上,显示吸积,或者说黑洞吞噬物质时的演化方式,与黑洞的大小无关。

“我们已经证明,如果你见过一个黑洞,在某种意义上,你见过它们,”研究作者、麻省理工学院卡夫利天体物理与空间研究所的研究科学家dheeraj“DJ”pasham说,“当你向它们扔一个气球时,它们似乎都做了或多或少相同的事情。它们在增长方面是相同的动物

这项研究的合著者包括麻省理工学院首席研究科学家罗纳德·雷米拉德(Ronald Remillard)和前研究生阿尼鲁德·奇蒂(anirudh Chiti),以及欧洲南方天文台、剑桥大学、莱顿大学、纽约大学、马里兰大学、柯廷大学的研究人员,阿姆斯特丹大学和美国宇航局戈达德太空飞行中心。

恒星的“觉醒”

当一个质量约为太阳10倍的小恒星黑洞发出一束光时,通常是对伴星物质涌入的反应。这种辐射爆发触发了黑洞周围区域的特定演化。黑洞从静止状态过渡到吸积盘主导的“软”阶段,因为恒星物质被拉入黑洞。随着质量流入的减少,它又过渡到一个“硬”阶段,白热日冕接管了它。最后,黑洞恢复到稳定状态,整个吸积周期可能持续数周甚至数月。

几十年来,物理学家们在多个恒星质量的黑洞中观察到了这种特征性的吸积循环。但对于超大质量黑洞来说,人们认为这一过程需要很长时间才能完全捕获,因为这些巨型黑洞通常是“吞噬”,慢慢吞噬星系中心区域的气体。

帕沙姆说:“在超大质量黑洞中,这个过程通常发生在数千年的时间尺度上。人类不能等那么久才抓到这样的东西。”

然而,当黑洞经历了突然而巨大的物质涌入时,整个过程就会加快。例如,在潮汐破坏事件中,当一颗恒星足够接近时,黑洞会以潮汐的方式将其撕成碎片。

“在潮汐中断的情况下,一切都是突然发生的,”帕沙姆说,“你有一大块气体抛向你,黑洞突然醒来,就像是,”哇,有这么多食物-让我吃,直到它消失。”。所以它在很短的时间内完成了所有的事情。这使我们能够探测到恒星质量黑洞中已知的所有这些不同的吸积阶段

超大质量黑洞的周期

2018年9月,全天空超新星自动观测系统(Assn)发现了一个突然耀斑的信号。科学家们随后确定,耀斑是一个超大质量黑洞的潮汐干扰事件的结果,他们将其标记为TDE为2018FYK。韦弗斯、帕沙姆和他们的同事对这一警告感到兴奋,他们能够引导多台望远镜,每台望远镜都经过训练,能够绘制出不同波段的紫外线和X射线光谱图,朝向这个系统。

该小组使用XMM牛顿太空望远镜和钱德拉X射线天文台,以及国际空间站的X射线监测仪器和nice,以及澳大利亚的射电望远镜收集了两年的数据。

帕沙姆说:“我们发现黑洞处于软状态,它的吸积盘正在形成,大部分发射是在紫外线中,只有很少的X射线,然后吸积盘塌陷,日冕变得更强,现在它的X射线非常明亮。最后,没有多少气体可用,整体亮度下降到无法检测的水平。

研究人员估计,黑洞潮汐摧毁了一颗与太阳大小相当的恒星。在这个过程中,它产生了一个巨大的吸积盘,直径约120亿公里,并释放出他们估计约为40000开尔文,或超过70000华氏度的气体。随着吸积盘变得越来越弱和暗淡,一个紧凑的高能X射线日冕取代了黑洞周围的主导相,然后逐渐消失。

“众所周知,这个周期发生在恒星质量的黑洞中,而黑洞只有大约10个太阳质量。现在,我们看到了500万倍大的东西,”帕沙姆说。

欧洲南方天文台的研究人员和主要作者托马斯·韦弗斯说:“未来最令人兴奋的前景是,这一潮汐分裂事件为观察超大质量黑洞附近复杂结构的形成提供了一个窗口,例如吸积盘和日冕。”。通过研究这些结构在恒星毁灭后的极端环境中是如何形成和相互作用的,我们希望能够开始更好地理解支配它们存在的基本物理规律。”

这一结果不仅表明,无论大小,黑洞都会以同样的方式经历吸积,而且代表了科学家们第二次从头到尾捕捉到日冕的形成过程。

帕沙姆说:“日冕是一个非常神秘的实体,在超大质量黑洞的情况下,人们研究过已建立的日冕,但不知道它们是何时或如何形成的,我们已经证明,可以利用潮汐扰动事件来捕捉日冕的形成。我很高兴将来能利用这些事件来搞清楚什么是日冕”

标签: 黑洞

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