科学家捕获到黑洞吞噬恒星的全过程

科学家捕获到黑洞吞噬恒星的全过程

来自NASA/ESA的哈勃太空望远镜(黄白色)和NASA的钱德拉x射线天文台(紫色)的数据。左下方的紫白色光源显示了一颗恒星的残骸发出的x射线,当它落入一个中等质量的黑洞时,被撕裂了。黑洞的宿主星系位于图像的中央。

科学家们已经能够证明小黑洞和超大质量黑洞的存在,但一种难以捉摸的黑洞——即所谓的中等质量黑洞的存在仍是人们热议的话题。

来自新罕布什尔大学空间科学中心的一项新研究显示,迄今为止最有力的证据表明,这种中等质量的黑洞确实存在,科学家偶然地捕获了一个正在吞噬了恒星的黑洞。

“我们感到很幸运地发现了这个对象与大量的高质量的数据,这有助于确定黑洞的质量和理解这个壮观的事件的本质”,新罕布什尔大学的太空科学中心研究助理教授林大成说。

在发表在《自然天文学》杂志上的研究中,研究人员首次利用卫星成像技术探测到了这一重要的活动迹象。他们在一个遥远星系的外围发现了一个巨大的多波长辐射耀斑。耀斑的亮度会随着时间的推移而衰减,就像一颗扰乱或被黑洞吞噬的恒星所预期的那样。在这种情况下,这颗恒星在2003年10月受到破坏,它所产生的辐射在接下来的十年中衰减。发射光子在能量上的分布取决于黑洞的大小。这些数据提供了为数不多的可靠的方法来称重或确定黑洞的大小。

研究人员利用了三架轨道x射线望远镜、NASA的钱德拉x射线天文台、Swift卫星以及欧洲航天局的XMM-牛顿卫星数据,找到了多波长辐射照明弹,这些照明弹有助于识别罕见的黑洞。长耀斑的特征提供了恒星被撕裂的证据,被称为潮汐扰动事件(TDE)。

由于来自黑洞的强烈引力,潮汐力可以摧毁一个物体,比如一颗离得太近的恒星。在TDE过程中,一些恒星碎片以高速向外抛去,而其余的则落入黑洞。当它向内运动并被黑洞吸收时,这种物质会加热到数百万度,并产生明显的x射线耀斑。研究人员表示,这些类型的耀斑很容易达到最大光度,是检测中等质量黑洞最有效的方法之一。

林教授说:“从星系形成的理论来看,我们预计星团中会有很多质量中等的游离黑洞。”“但我们知道的非常非常非常少,因为它们通常安静得令人难以置信,很难被探测到,而当我们遇到被撕碎的恒星时,能量爆发的情况非常罕见。”

由于这种恒星触发脉冲的发生率非常低,因此,科学家们认为,他们的发现意味着,在整个宇宙的星系外围,潜伏着许多的中等质量黑洞。

名词解释:

雨燕卫星(Swift Gamma-Ray Burst Mission),全称为伽玛暴快速反应探测器,是美国宇航局2004年发射的一颗专门用于观测伽玛射线暴的天文卫星,工作在伽玛射线、X射线、紫外线以及可见光多个波段。

XMM-牛顿卫星(原名多镜片X射线观测卫星)于1999年12月发射升空,是欧洲航天局的第二颗作为奠基石的任务。它的名字源于X射线多镜面设计和纪念英国著名物理学家牛顿。这颗卫星装备了三部X射线望远镜,因其奇异的飞行轨道而著称,这种飞行轨道可令其长时间、不间断观测深空。它是迄今为止最灵敏的X射线望远镜,使用了170多了薄片圆柱体镜面来收集和聚焦X射线。嵌套镜面的总面积超过120平方米。三个X射线望远镜舱中的两个装有反射式测光仪(RGS),可用于X射线能量最详细的分析。XMM-牛顿卫星让欧洲天文学界获得了诸多突破,如观测到迄今在遥远宇宙看到的最大星系团。


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