me前沿

一个黑洞吞噬了一颗恒星并释放出数万亿个太阳的光芒

作者:编程老妖
一个黑洞吞噬了一颗恒星并释放出数万亿个太阳的光芒

当天空某个地方出现闪光时,天文学家就会注意到。当它出现在天空中一个未知的区域时,且该区域不存在以前闪过的恒星物体,它们就会引起注意。用天文学的说法,发出闪光的物体称为瞬变。

今年早些时候,天文学家发现了一个闪烁着万亿个太阳光的瞬变。

一个黑洞吞噬了一颗恒星并释放出数万亿个太阳的光芒

在这种情况下,是Zwicky 瞬态设施(ZTF) 发现了闪光。ZTF 是针对北方夜空的全天巡天。它在帕洛玛天文台举办,是一项系统研究,使用超广角光学相机每两天扫描一次整个北方天空。它是所谓的时域天文学的一部分,时域天文学研究随时间变化的天体。

当 ZTF 在天空中发现新的瞬变现象时,其他天文学家就会收到警报。ZTF 不适合详细研究对象。它只是找到它们,然后将接力棒传递给更适合更详细地观察天文物体的其他设施。在这种情况下,整个设施组都参与了。

哈勃太空望远镜的光学和红外观测结合来自詹斯基甚大阵列的数据确定了闪光的精确位置。欧洲南方天文台 (ESO) 的甚大望远镜 (VLT) 确定它距离地球 85 亿光年。来自其他设施的观测数据紧随其后,为天文学家提供了一幅跨越广泛电磁波谱的闪光图像。

一个黑洞吞噬了一颗恒星并释放出数万亿个太阳的光芒

所有这些观察的结果以及随后的分析发表在《自然天文学》的一篇新论文中。这篇论文是“恒星被宇宙学黑洞破坏后相对论射流的诞生”。第一作者是麻省理工学院 Kavli 天体物理与空间研究所的研究科学家 Dheeraj Pasham。

正如标题告诉我们的那样,瞬态光源是超大质量黑洞 (SMBH) 以 99.9% 的光速发射的物质射流。光信号有一个名字,AT 2022cmc,负责它的 SMBH 位于宇宙的中途。是什么原因造成的?根据主要作者 Pasham 的说法,这是非同寻常的事情。

一个位于遥远星系中心的巨型超大质量黑洞 (SMBH) 是罪魁祸首。SMBH 正在吞噬一颗靠得太近的恒星。这被称为潮汐中断事件(TDE),它是自 2011 年以来观察到的第一个事件。它也是第一个在可见光中发现的事件,也是 ZTF 检测到的第 78 个事件。

AT 2022cmc 是有史以来最远的 TDE,也是最亮的。伽马射线暴 (GRB) 是宇宙中最亮的天体,仅次于大爆炸。因此很自然地假设该事件是 GRB。但事实并非如此。喷流的高 X 射线光度帮助排除了这种可能性。

“这一特殊事件的威力是最强大的伽马射线暴余辉的 100 倍,”主要作者帕沙姆在一份新闻稿中说。“这是非同寻常的事情。”

一个黑洞吞噬了一颗恒星并释放出数万亿个太阳的光芒

TDE 恰好将其灼热的物质射流直接指向地球,就像手电筒照在我们眼前一样。粗略的计算表明,喷流的亮度相当于一万亿个太阳。

宇宙充满了瞬变事件,但观测到潮汐事件仍然很少见。当喷气机对准地球时,它会有所帮助,就像在这种情况下一样。但是,当 SMBH 吞噬太近的恒星时,它并不总是会喷出喷流。像这样的 TDE 使天文学家有机会更多地了解导致它们的 SMBH。

明尼苏达双城大学天文学助理教授迈克尔考夫林说:“科学家们上一次发现其中一个喷射流是在十多年前。” “根据我们掌握的数据,我们可以估计这些破坏性事件中只有 1% 发射了相对论喷流,这使得 AT2022cmc 事件极为罕见。事实上,这次事件的闪光是有史以来最亮的闪光之一。”

显然,超大质量黑洞非常巨大。最大的质量是太阳的数十亿倍。即使在天文学这个以数量着称的学科,比我们的恒星大几十亿倍的东西也几乎是不可理解的。

但事实证明,即使是这么大的东西也不能一口吃掉一颗星星。它正在慢慢吞噬星星。根据帕沙姆的说法,喷射可能是在间歇性的“进食狂潮”期间发射的。“它可能以每年一半太阳质量的速度吞噬恒星,”帕沙姆估计。“很多这种潮汐破坏发生在早期,我们能够在一开始就捕捉到这一事件,在黑洞开始以恒星为食的一周内。”

天文学家还无法看到发射它的星系。喷气机发出的光非常强大,以至于它的亮度超过了它的宿主星系。但天文学家认为,一旦射流变暗,他们就能用哈勃望远镜和詹姆斯韦伯太空望远镜发现这个星系。

这可能会引导他们回答​一个重要问题:所有的 SMBHs 都必然会吃掉恒星,为什么它们中只有这么少的喷流?观察表明,发射这些类型射流的那些可能正在快速旋转。旋转有助于为这些超亮射流提供动力。

快速旋转可能只是一个因素,也许是最容易观察到的因素。但它确实让研究人员更接近于理解在 SMBHs 中工作的令人敬畏的力量。

“我们知道每个星系都有一个超大质量黑洞,它们在宇宙的最初一百万年里形成得非常快,”共同作者、麻省理工学院卡夫利天体物理和空间研究所的博士后 Matteo Lucchini 说。“这告诉我们它们的进食速度非常快,尽管我们不知道进食过程是如何进行的。因此,像 TDE 这样的来源实际上可以很好地探索这个过程是如何发生的。”

相关内容