黑洞“覓食”現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況！恒星是如何變成“意大利面”的？

黑洞將恒星變成“意大利面”——宇宙犯罪現(xiàn)場(chǎng)的揭示

天文學(xué)家成功還原了一顆恒星的最終命運(yùn)，這顆恒星被巨大黑洞摧毀并部分吞噬，仿佛變成了一根細(xì)長(zhǎng)的“意大利面”。

一顆恒星在巨大黑洞的巨大引力影響下被撕裂的圖片。

（圖片來源：NASA/CXC/M. Weiss）

一項(xiàng)宇宙觀測(cè)已揭示了黑洞的“食物攝取”方式的詳細(xì)信息。在最新的研究中，天文學(xué)家們考察了一顆超大質(zhì)量黑洞對(duì)一顆恒星的摧毀，揭示了這些宇宙巨獸如何攝取靠近它們的物質(zhì)。研究結(jié)果表明，相當(dāng)大量的這些物質(zhì)并非被黑洞吞噬，而是被噴射離開。

這起血腥的事件發(fā)生在距離地球215光年的地方，首次被觀測(cè)到是在2019年10月，標(biāo)志著一顆類似太陽的恒星被質(zhì)量超過它一百萬倍的黑洞摧毀后的后續(xù)發(fā)展。這是迄今為止，天文學(xué)家觀測(cè)到的最接近的一次恒星“意大利面化”事件，這是由巨大黑洞引發(fā)的潮汐力所導(dǎo)致的。

這一所謂的潮汐撕裂事件發(fā)生在仙女座星座內(nèi)的一個(gè)螺旋星系中。這是第一個(gè)在可見光中足夠明亮的事件，使得天文學(xué)家能夠詳細(xì)研究恒星被撕裂后物質(zhì)的行為。

通過觀測(cè)事件中光線的偏振，加州大學(xué)伯克利分校的研究人員得出結(jié)論，其中大部分恒星物質(zhì)以高達(dá)每小時(shí)2200萬英里（約3500萬千米）的速度從黑洞周圍被噴射出去。這一噴射事件被命名為AT2019qiz，產(chǎn)生了一團(tuán)氣體云。新的偏振光觀測(cè)結(jié)果顯示，這團(tuán)氣體云呈球?qū)ΨQ形狀。該氣體云的寬度相當(dāng)于地球到太陽平均距離的200倍，意味著其半徑比我們行星軌道的半徑大100倍，其外緣距離中心黑洞約為9.3億英里（約15億千米）。

加州大學(xué)伯克利分校的天文學(xué)家呂文斌是描述這一觀測(cè)結(jié)果的新論文的合著者之一。他在一份聲明中表示：“超大質(zhì)量黑洞能夠通過其巨大的潮汐力撕裂恒星，這是宇宙中最不可思議的事情之一。”他還指出，“這些恒星潮汐撕裂事件是天文學(xué)家了解星系中心超大質(zhì)量黑洞存在以及測(cè)量其性質(zhì)的極少數(shù)途徑之一。然而，由于數(shù)值模擬這些事件的計(jì)算成本極高，天文學(xué)家對(duì)潮汐撕裂后的復(fù)雜過程仍然了解不足。”

這一新的發(fā)現(xiàn)或許可以解釋為什么天文學(xué)家在其他潮汐撕裂事件中沒有觀測(cè)到高能輻射，比如X射線。這些輻射是由于來自恒星的物質(zhì)被拖入黑洞周圍形成薄盤，這些物質(zhì)在盤中受熱，產(chǎn)生高能輻射，同時(shí)也在物質(zhì)進(jìn)入黑洞時(shí)產(chǎn)生。然而，這些輻射被由強(qiáng)大氣流噴射出的氣體云所遮蔽。

當(dāng)一顆恒星誤入黑洞附近的極近軌道時(shí)，發(fā)生了一次潮汐撕裂事件，模擬結(jié)果顯示被摧毀的恒星物質(zhì)環(huán)繞著這個(gè)宇宙巨獸，最終落入黑洞表面。（圖片來源：NRAO/AUI/NSF）

"這一觀測(cè)結(jié)果排除了一類在理論上提出的解決方案，同時(shí)對(duì)于黑洞周圍的氣體行為提供了更強(qiáng)有力的限制" ，加州大學(xué)伯克利分校的天文學(xué)研究生、本文的主要作者Kishore Patra在聲明中表示?！拔覀円呀?jīng)看到了其他風(fēng)從這些事件中噴射出來的證據(jù)，我認(rèn)為這項(xiàng)偏振研究明確了這些證據(jù)，因?yàn)闆]有足夠的風(fēng)，是不可能得到球?qū)ΨQ的幾何形狀的?！?/p>

"這里的有趣之處在于，向黑洞螺旋運(yùn)動(dòng)的恒星物質(zhì)中，相當(dāng)大一部分最終并未墜入黑洞，而是被噴射遠(yuǎn)離黑洞，" Patra補(bǔ)充說。

這一結(jié)果似乎與許多天文學(xué)家提出的理論相矛盾，即當(dāng)恒星被黑洞摧毀時(shí)，會(huì)形成一個(gè)高度不對(duì)稱的吸積盤。這樣的吸積盤會(huì)表現(xiàn)出高度極化的光線——而這在這次的潮汐撕裂事件中并未觀察到。

2019年11月的第二組觀測(cè)結(jié)果顯示，這次事件的光線只有輕微的極化。該團(tuán)隊(duì)表示，這一發(fā)現(xiàn)表明，被噴射出的氣體云已經(jīng)足夠稀薄，以揭示黑洞周圍的不對(duì)稱氣體結(jié)構(gòu)。

"吸積盤本身足夠熱以在X射線范圍內(nèi)發(fā)射大部分光線，但這些光線必須穿過這個(gè)云層，在這個(gè)過程中發(fā)生多次散射、吸收和再發(fā)射，然后才能逃離這個(gè)云層，" Patra說道?！霸诿總€(gè)這樣的過程中，光線都會(huì)失去一些光子能量，最終降至紫外線和光學(xué)光譜的能量水平。最后一次散射決定了光子的極化狀態(tài)。因此，通過測(cè)量極化，我們可以推斷出最后一次散射發(fā)生的表面幾何形狀?！?/p>

Petra補(bǔ)充說，團(tuán)隊(duì)觀察到的這顆恒星的“臨終場(chǎng)景”可能不適用于那些“特殊”的潮汐撕裂事件，其中物質(zhì)以接近光速?gòu)暮诙吹膬蓸O噴射出來。要回答這個(gè)問題，需要進(jìn)一步進(jìn)行潮汐撕裂事件的極化研究。

"極化研究非常具有挑戰(zhàn)性，全球范圍內(nèi)真正熟練掌握這項(xiàng)技術(shù)的人非常有限，" Petra說道?！耙虼?，對(duì)于潮汐撕裂事件來說，這是一片未知的領(lǐng)域?！?/p>

這兩組觀測(cè)都是使用加州圣何塞附近的Lick Observatory的3米（10英尺）Shane望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的。該望遠(yuǎn)鏡配備了Kast分光儀，這是一種可以確定整個(gè)光譜范圍內(nèi)光的極化狀態(tài)的儀器。

該團(tuán)隊(duì)的論文將在《皇家天文學(xué)會(huì)月報(bào)》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）的九月號(hào)中發(fā)表。

BY:Robert Lea

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