黑洞撕毀恒星宛如“天籟之戰(zhàn)”
一個(gè)黑洞拖拽了一顆爆炸的恒星,層層剝離恒星,直到它的死亡。天文學(xué)家原來(lái)打算觀測(cè)一顆爆炸的超新星,卻意外發(fā)現(xiàn)一個(gè)超大質(zhì)量黑洞正在無(wú)情地吞滅一顆在流浪中“誤入歧途”的恒星,它意外地落入黑洞強(qiáng)大引力的“魔爪”,失去生還的任何機(jī)會(huì),驚奇的天文發(fā)現(xiàn)將幫助天文學(xué)家了解星系在數(shù)十億年前的演變條件。
星系中心的超大質(zhì)量黑洞在吞噬周?chē)镔|(zhì)的過(guò)程中做強(qiáng)做大,漆黑一團(tuán)的黑洞驅(qū)動(dòng)了周?chē)祗w的運(yùn)動(dòng),在黑洞周?chē)纬闪俗蠲髁恋奈镔|(zhì)輻射,黑洞內(nèi)部不會(huì)噴射物質(zhì),它將難以消化的大量周?chē)镔|(zhì)向外噴出,在垂直于黑洞吸積盤(pán)中心的上方和下方向噴發(fā)出最明亮的光束,覆蓋了整個(gè)范圍的電磁光譜,黑洞噴發(fā)的物質(zhì)粒子速度接近光速。
超大質(zhì)量黑洞多數(shù)時(shí)期不夠活躍,為了見(jiàn)證一個(gè)超大質(zhì)量黑洞吞噬一個(gè)天體的現(xiàn)象,天文學(xué)家也得靠意想不到的運(yùn)氣。一支國(guó)際化的天文團(tuán)隊(duì)意外發(fā)現(xiàn)了一個(gè)被稱(chēng)為Arp299的星系,潛藏在星系中心的超大質(zhì)量黑洞不顧一切地撕毀了周?chē)囊活w恒星。他們計(jì)劃對(duì)一顆超新星暴進(jìn)行觀測(cè),卻意外觀測(cè)到一個(gè)黑洞撕裂一顆恒星的驚險(xiǎn)一幕。

天文事件的發(fā)現(xiàn)過(guò)程富帶有戲劇性的色彩,天文團(tuán)隊(duì)主要由芬蘭的圖爾庫(kù)大學(xué)和西班牙的安達(dá)盧西亞天體物理研究所的研究人員組成,有26個(gè)研究機(jī)構(gòu)的36名科學(xué)家加入了項(xiàng)目研究,包括英國(guó)焦德雷爾·班克天體物理中心的科學(xué)家,借助世界各地射電望遠(yuǎn)鏡的幫助,他們第一次繪制了快速移動(dòng)的噴射物質(zhì)如何形成和擴(kuò)展的圖像。超大質(zhì)量黑洞撕裂了一顆周?chē)牟恍液阈牵诙丛谕淌删蘖康暮阈俏镔|(zhì)時(shí)發(fā)出了噴射光束,被稱(chēng)為“潮汐瓦解”(TDEs)的天文事件十分罕見(jiàn),堪稱(chēng)天文奇觀。
死亡恒星被附近的黑洞拖動(dòng)和撕裂,天文學(xué)家以前發(fā)現(xiàn)過(guò)這類(lèi)瓦解事件,從恒星剝離的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為在黑洞周?chē)D(zhuǎn)的吸積盤(pán),伴隨了強(qiáng)烈的可見(jiàn)光和X—射線(xiàn)輻射。從恒星剝離的物質(zhì)也轉(zhuǎn)化為黑洞的物質(zhì)噴發(fā),從垂直于黑洞吸積盤(pán)的旋轉(zhuǎn)軸兩端以接近光速向外噴射物質(zhì),在太空中形成了“超級(jí)光柱”。2005年1月,天文學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)了黑洞從伴隨的恒星拖拽和撕裂物質(zhì),天文學(xué)家當(dāng)時(shí)觀測(cè)到了紅外線(xiàn)波段的明亮閃耀,從碰撞星系A(chǔ)rp299的一個(gè)核球發(fā)出了紅外線(xiàn)輻射,這是一個(gè)正在發(fā)生碰撞與合并的星系,距離地球大約1.5億光年。
隨后射電波段的觀測(cè)顯示,射電源和之前發(fā)現(xiàn)的紅外線(xiàn)源屬于同一個(gè)輻射源,天文學(xué)家在跟蹤觀測(cè)中使用了世界上最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡,在紅外線(xiàn)和射電波段觀測(cè)到了明亮的輻射,但在可見(jiàn)光和X—射線(xiàn)波段觀測(cè)不到,這個(gè)碰撞星系的中心被籠罩在厚厚的塵埃之中,可見(jiàn)光和X—射線(xiàn)被灰塵吸收,更長(zhǎng)波段的紅外線(xiàn)和射電波穿透了灰塵的阻擾。天文團(tuán)隊(duì)使用了位于加納利群島的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和美航局發(fā)射的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡,對(duì)紅外線(xiàn)波源進(jìn)行了跟蹤觀測(cè)。

在連續(xù)大約十年的觀測(cè)活動(dòng)中,天文學(xué)家使用了射電觀測(cè)的甚長(zhǎng)基線(xiàn)干涉技術(shù),他們將世界上很多的最強(qiáng)大射電望遠(yuǎn)鏡組合成一個(gè)超級(jí)系統(tǒng),其中包括歐洲的VIBI和英國(guó)的MERLIN射電望遠(yuǎn)鏡,同時(shí)性的國(guó)際天文合作取得了豐富的觀測(cè)成果,分辨率極高的圖像顯示了黑洞噴射如同理論的預(yù)期一樣,黑洞向上下兩極方向物質(zhì)噴射的平均速度達(dá)到了四分之一的光速。潮汐瓦解事件只是黑洞生命周期中的一段插曲,科學(xué)家現(xiàn)在相信,黑洞的潮汐瓦解事件在遙遠(yuǎn)星系的出現(xiàn)十分普遍。
在相對(duì)近距離的本地星系發(fā)現(xiàn)了黑洞瓦解恒星的事件,這是一次難得的觀測(cè)機(jī)會(huì),為人們了解黑洞噴射現(xiàn)象的形成和演變提供了幫助。天文學(xué)家之前發(fā)現(xiàn)了少量的黑洞潮汐瓦解事件,大多數(shù)此類(lèi)事件是通過(guò)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的。在對(duì)碰撞星系A(chǔ)rp299的觀測(cè)中,事件的波源被裹上了一層層的灰塵,天文學(xué)家不能通過(guò)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)黑洞的輻射源。
在碰撞星系A(chǔ)rp299的中心區(qū)域,其中的一個(gè)超大質(zhì)量黑洞對(duì)周?chē)陌楹阈钱a(chǎn)生了引力的潮汐瓦解,這不會(huì)是一個(gè)特例事件,在條件類(lèi)似的星系中,星系中心的超大質(zhì)量黑洞也可能將偶然路過(guò)的恒星撕成碎片,黑洞剝離了大量恒星物質(zhì),它們或者被吸入黑洞的吸積盤(pán),或者轉(zhuǎn)化為黑洞瞬間發(fā)生的劇烈物質(zhì)噴發(fā)。

(編譯:2018-7-3)