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黑洞如何吞噬恒星 新的观测结果证实了理论

导读 三个绕轨道运行的x射线望远镜收集到了黑洞撕裂恒星时的新细节,这给了科学家们一个了解黑洞周围极端环境的绝佳机会。 当一颗恒星离黑洞太近时,黑洞的强大引力会产生潮汐力,把恒星

三个绕轨道运行的x射线望远镜收集到了黑洞撕裂恒星时的新细节,这给了科学家们一个了解黑洞周围极端环境的绝佳机会。

当一颗恒星离黑洞太近时,黑洞的强大引力会产生潮汐力,把恒星撕裂。在这些被称为“潮汐扰动”的事件中,一些恒星碎片以高速向外抛掷,而其余的则落入黑洞。这会导致持续数年的强烈辐射。

NASA的钱德拉x射线天文台、Swift伽马暴探测器和ESA的xmm -牛顿在一次名为ASASSN-14li的潮汐干扰事件中收集了这个天文学难题的不同部分,该事件最初是由2014年11月的全天超新星自动测量(ASAS-SN)在一次光学搜索中发现的。

理论证实

据加州大学圣克鲁兹分校天文学和天体物理学教授兼主席恩里科·拉米雷斯-鲁伊斯(Enrico Ramirez-Ruiz)介绍,这是天文学家首次观测到x射线和光学波长辐射的潮汐扰动事件。观测结果证实了拉米瑞兹-鲁伊斯和詹姆斯·吉罗雄(前加州大学圣迭戈分校研究生,现就职于哈佛大学)提出的潮汐扰动理论模型。他们都是10月22日发表在《自然》杂志上的一篇关于新发现的论文的合著者。

根据他们的模型,x射线是从“事件视界”附近发射的,在那里恒星碎片落入黑洞。这种光学耀斑是由黑洞向外发射的物质吸收并以更长的波长重新发射x射线的结果。在过去对潮汐扰动的观测中,天文学家只能看到这种重新发射的光。

“黑洞隐藏在改变其外观的碎片斗篷后面,但现在我们可以看到内部的野兽,”Ramirez-Ruiz说。“詹姆斯和我曾预测,我们应该能够看到x射线和光学辐射。”

该事件发生在一个超大质量黑洞附近,据估计该黑洞的质量是太阳质量的几百万倍。该黑洞位于距离地球2.9亿光年的星系PGC 043234的中心,这是近十年来发现的距离最近的潮汐干扰事件。

这项研究的负责人、密歇根大学安娜堡分校的乔恩·米勒(Jon Miller)说:“我们已经看到了这些年来少数几次潮汐破坏的证据,并对所发生的事情有了很多想法。”“到目前为止,这是我们有过的最好的机会来真正了解当一个黑洞撕碎一颗恒星时会发生什么。”

飙升的x射线

恒星被摧毁后,黑洞强大的引力将恒星的大部分残骸拉向黑洞。这些掉落的碎片被加热到数百万度,并产生大量的x射线。在x射线激增后不久,当物质落在黑洞的视界之外时,光的数量就会减少。视界是没有光可以逃逸的地方。

气体通常通过盘面内的螺旋向黑洞下落。但是这个过程是如何开始的仍然是个谜。在ASASSN-14li中,天文学家能够通过观察不同波长的x射线(即所谓的“x射线光谱”),并追踪其随时间的变化,观察到这样一个圆盘的形成。研究人员确定,产生的x射线来自于离黑洞非常近的物质,或者实际上是在黑洞周围可能存在的最小稳定轨道上的物质。

“这证明了吸积盘是x射线辐射的能量来源,”Ramirez-Ruiz说。“但它不是一个露的磁盘。它被很多物质所掩盖,这些物质在磁盘形成过程中被喷射出来,这些喷射出来的物质在x射线辐射中留下痕迹。”

Ramirez-Ruiz和Guillochon计划在一篇即将发表的论文中发表对观测结果的更详细的理论分析。天文学家还希望找到更多像ASASSN-14li这样的事件,他们可以用这些事件继续测试黑洞如何影响它们的环境和任何可能离得太近的东西的理论模型。

位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心为华盛顿的美国宇航局科学任务理事会管理钱德拉项目。位于马萨诸塞州剑桥的史密森天体物理天文台控制着钱德拉的科学和飞行业务。Swift由位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心管理。

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