宇宙中能“撕碎”恒星的力量，它究竟是誰(shuí)？

天文學(xué)家目睹 18 個(gè)貪婪的黑洞撕裂并吞噬恒星，這些可怕的發(fā)現(xiàn)的數(shù)量比本地宇宙中發(fā)現(xiàn)的潮汐擾動(dòng)事件的數(shù)量增加了一倍多。

(圖片來(lái)源：ESO/M. Kornmesser）

圖示：一顆恒星在劇烈的潮汐破壞事件中被撕裂

對(duì)于那些冒險(xiǎn)太靠近黑洞的恒星來(lái)說(shuō)，外面是一片宇宙叢林。來(lái)自麻省理工學(xué)院的一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)了 18 個(gè)新的黑洞實(shí)例，它們正在撕裂恒星并享用恒星的殘骸。

這一結(jié)果比在本地宇宙中看到的可怕的、撕碎恒星的潮汐擾動(dòng)事件（TDEs）的數(shù)量增加了一倍多。這些發(fā)現(xiàn)可以幫助天文學(xué)家更好地估計(jì)整個(gè)宇宙中發(fā)生潮汐擾動(dòng)事件的數(shù)量，使其發(fā)生率更接近理論預(yù)測(cè)。

當(dāng)恒星過(guò)于接近黑洞時(shí)，黑洞的引力會(huì)在恒星中產(chǎn)生巨大的潮汐力，以至于恒星體被垂直拉伸，而水平方向則被擠壓，這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為 "穗狀化"。來(lái)自恒星的物質(zhì)在黑洞周?chē)纬梢粋€(gè)扁平的圓盤(pán)，其中一些物質(zhì)吸積到黑洞中心，而其他恒星物質(zhì)則被強(qiáng)大的磁場(chǎng)引至兩極，并以接近光速的噴流形式噴射出來(lái)。

此前，天文學(xué)家一直認(rèn)為，黑洞會(huì)撕裂并吞噬恒星，同時(shí)在星系中噴射出高能?chē)娏?，這些星系最近經(jīng)歷了被稱(chēng)為“星爆”的恒星密集誕生期。

然而，這項(xiàng)研究意味著潮汐擾動(dòng)事件可能發(fā)生在更廣泛的星系中，并有助于解釋在這類(lèi)事件周?chē)吹降臉O端物理現(xiàn)象。

團(tuán)隊(duì)成員、麻省理工學(xué)院物理學(xué)助理教授艾琳-卡拉（Erin Kara）在一份聲明中表示：“人們對(duì)這些謎題提出了非常奇特的解決方案，而現(xiàn)在我們已經(jīng)到了可以解決所有謎題的地步。”

搜尋潮汐擾動(dòng)事件是如何開(kāi)始的？

發(fā)現(xiàn)了有史以來(lái)距離地球最近的潮汐擾動(dòng)事件之后，麻省理工學(xué)院的研究小組開(kāi)始尋找更多吞噬恒星的黑洞。他們?cè)诰嚯x地球約1.37億光年的NGC 7392星系中看到了一個(gè)耀斑。

他們說(shuō)，這開(kāi)辟了一種發(fā)現(xiàn)主動(dòng)覓食黑洞的全新方法。它涉及使用紅外光和一種算法，在紅外數(shù)據(jù)中尋找表明短暫或 "瞬時(shí) "輻射爆發(fā)的模式。這項(xiàng)技術(shù)是根據(jù)國(guó)家航空航天局（NASA）的寬視場(chǎng)紅外巡天探測(cè)器（NEOWISE）收集的歷史數(shù)據(jù)完成的。自 2009 年發(fā)射以來(lái)，NEOWISE 一直在地球上空搜索短暫的紅外光爆發(fā)。

研究小組隨后將他們發(fā)現(xiàn)的瞬變現(xiàn)象與距離地球 6 億光年范圍內(nèi)的星系目錄進(jìn)行了交叉對(duì)比，發(fā)現(xiàn)這些紅外線爆發(fā)可以追溯到大約 1000 個(gè)星系。

研究人員放大了這些星系，試圖發(fā)現(xiàn)他們探測(cè)到的信號(hào)是否來(lái)自潮汐擾動(dòng)事件，或者是否可能由其他劇烈事件引發(fā)，比如一顆即將死亡的大質(zhì)量恒星的超新星爆發(fā)。這些信號(hào)也有可能來(lái)自星系中心的超大質(zhì)量黑洞，因?yàn)樗鼈円詨嬄涞膲m埃和氣體為食。

(圖片來(lái)源：Zwicky Transient Facility/R.Hurt (Caltech/IPAC)

藝術(shù)家描繪的黑洞吞噬恒星產(chǎn)生的 X 射線束。該光束會(huì)沖擊物質(zhì)，釋放出其他類(lèi)型的光線。

這最終導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)了18個(gè)合法的TDE信號(hào)，它們是黑洞引力影響在恒星中產(chǎn)生潮汐力的結(jié)果，最終導(dǎo)致了一些血淋淋的恒星死亡。

令人驚訝的是，研究小組發(fā)現(xiàn)，潮汐擾動(dòng)事件似乎出現(xiàn)在整個(gè)天空的一系列星系中，包括那些充滿厚厚塵埃云的星系。

研究第一作者、麻省理工學(xué)院卡弗利天體物理與空間研究所研究生梅根-馬斯特森說(shuō)：“如果你仰望天空，看到一堆星系，那么潮汐擾動(dòng)事件出現(xiàn)在所有星系中是十分具有典型性的。”

隱藏宇宙罪行

從整體上看，這項(xiàng)研究有助于解決有關(guān)潮汐擾動(dòng)事件的一些重大問(wèn)題。

以前，天文學(xué)家主要是在恒星工廠剛剛關(guān)閉的后爆發(fā)星系中看到這種恒星粉碎現(xiàn)象。

這樣的星系相當(dāng)罕見(jiàn)，科學(xué)家們很困惑為什么潮汐擾動(dòng)事件似乎僅限于這些星系。這項(xiàng)研究在多種類(lèi)型的星系中發(fā)現(xiàn)了血淋淋的潮汐擾動(dòng)事件，從而緩解了這種困惑。

其他星系中似乎沒(méi)有潮汐擾動(dòng)事件的原因是，后爆發(fā)星系在創(chuàng)造大量新恒星的同時(shí)也耗盡了氣體和塵埃，因此沒(méi)有厚厚的氣體和塵埃，而其他星系中仍存在大量的氣體和塵埃。氣體和塵埃善于吸收或阻擋光學(xué)光和 X 射線光，但紅外線更容易穿過(guò)這些物質(zhì)。

馬斯特森補(bǔ)充說(shuō)："這并不是說(shuō)，它們只發(fā)生在一種類(lèi)型的星系中，就像人們僅根據(jù)光學(xué)和X射線搜索所認(rèn)為的那樣。"如果你想從整體上了解潮汐擾動(dòng)事件，并利用它們來(lái)探測(cè)超大質(zhì)量黑洞的人口結(jié)構(gòu)，你需要在紅外波段進(jìn)行觀察。

- 黑洞通過(guò)猛烈撕裂一顆恒星向天文學(xué)家宣告自己的存在

- 打破紀(jì)錄！新發(fā)現(xiàn)的黑洞距離地球最近

- NASA X射線天文臺(tái)揭示黑洞如何吞噬恒星并吐出物質(zhì)

麻省理工學(xué)院研究人員的發(fā)現(xiàn)也可以解釋?zhuān)瑸槭裁闯毕珨_動(dòng)事件似乎并不像理論預(yù)測(cè)的那樣輻射出那么多的能量，研究小組認(rèn)為能量不足是由于塵埃吸收了潮汐擾動(dòng)事件的光學(xué)和X射線輻射以及極端紫外線輻射。

將他們新發(fā)現(xiàn)的18個(gè)潮汐擾動(dòng)事件，與之前觀測(cè)到的同性質(zhì)事件結(jié)合在一起，麻省理工學(xué)院的研究小組估計(jì)，星系大約每5萬(wàn)年經(jīng)歷一次潮汐擾動(dòng)事件，這與之前的理論預(yù)測(cè)一致。

卡拉總結(jié)說(shuō)：“這讓我們相信，我們并不需要所有這些奇異的物理學(xué)來(lái)解釋我們所看到的現(xiàn)象。我們對(duì)恒星如何被黑洞撕裂和吞噬背后的力學(xué)原理有了更好的理解。我們正在更好地理解這些系統(tǒng)。”

BY:Robert Lea

FY: 33

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處