黑洞吞噬恆星時的情景如何?新數據模型提供了全新視角

黑洞吞噬恆星時的情景如何?新數據模型提供了全新視角

示意圖中潮汐瓦解事件的橫截面顯示了一顆坍塌恆星中的物質被黑洞吞噬時的景象。

當一顆恆星太過於接近其所在星系中心的超大質量黑洞時,它就會被黑洞強大的引力所撕裂,從而發生被稱為“潮汐瓦解事件”(tidal disruption event,簡稱TDE)的劇烈災難性現象,並且會附帶產生一股強烈的輻射。

據《天體物理學雜誌快報》(Astrophysical Journal Letters)5月29日刊發的一篇研究論文稱,由丹麥哥本哈根大學的尼爾斯·玻爾研究所(University of Copenhagen's Niels Bohr Institute)和美國加州大學聖克魯斯分校(UC Santa Cruz)的理論天體物理學家們領導的一項突破性新研究,打造了一個統一模型來解讀和分析近年來對於若干起此類天文事件的觀測結果,為這個迅速發展的研究領域提供了新的理論視角。

該研究論文的合作作者Enrico Ramirez-Ruiz介紹:“僅僅在10年前左右,我們才能夠將潮汐瓦解事件和其它星系現象區分開來,而新模型將為我們認識和理解這些罕見的天文事件提供基本的理論框架。”他目前是加州大學聖克魯茲分校天文學和天體物理學的教授和系主任,也是哥本哈根大學的“尼爾斯·波爾”榮譽教授。

一方面,對於大多數的星系而言,其中心的黑洞是靜止的,不會主動消耗任何物質,因此也不會發出任何光芒。另一方面,潮汐瓦解事件是罕見的,在一個典型的星系中,每1萬年才會發生一次。所以,每當一顆恆星被黑洞吞沒撕裂時,黑洞就會在一段時間中充斥著恆星殘骸,並釋放出強烈的輻射。

該研究論文的第一作者、哥本哈根大學的助理教授Jane Lixin Dai介紹:“當黑洞吞噬恆星氣體時,會釋放出大量的輻射,而輻射就是我們可以觀察到的現象。通過觀測該現象,我們可以瞭解黑洞的物理學規律,並計算出各項關於黑洞特性的數據。因此,這就使得在宇宙中搜尋潮汐瓦解事件變得非常有趣。”

儘管科學家預計在所有的潮汐瓦解事件中都會發生一樣的物理活動,但到目前為止,人類一共才只觀察到約24個此類現象。這些觀測結果還呈現出了巨大的不一致性——有些事件釋放的是X射線,另一些發射的則是可見光和紫外線。在理解這種多樣性上,理論物理學家們一直存在著困惑,他們力圖將這幅拼圖的不同部分努力拼湊搭建成一個連貫的模型。新開發的該模型解開了這一個謎題——是由於觀察者觀察角度的不同造成了觀測結果的偏差。對於地球上的觀測者的視線而言,星系的位置方向是隨機而定的,所以我們看到的不同現象是潮汐瓦解事件中的不同側面的表現。換句話說,不同的位置方向決定了迥異的觀察結果。

Jane Lixin Dai教授和同事們開發的這款模型結合了廣義相對論、磁場、輻射和氣體流體動力學等多種物理理論元素,讓其能夠展示天文學家從不同角度觀測潮汐瓦解事件時所可能看到的景象,從而使研究人員能夠將不同的觀測事件組合成一個連貫的模型框架。

Jane Lixin Dai表示,未來幾年的觀測項目預計將提供更多關於潮汐瓦解事件的相關數據,也將有助於大大擴展延伸這一研究領域。


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