天文异象!科学家终于明白当黑洞吞噬恒星时会发生什么?

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在我们银河系的中心居住着一个称为射手座A的超大质量黑洞(SMBH)。

基于持续的观测,天文学家已经确定,这一SMBH直径为4400万公里(2734万英里),估计有431万个太阳质量。

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有时,一颗恒星会在一个被称为潮汐中断事件(TDE)的暴力过程中徘徊得太近,而被撕裂。

这些事件导致辐射的明亮耀斑的释放,这让天文学家知道恒星已经被消耗。不幸的是,几十年来,天文学家一直无法区分这些事件与其他星系现象。

但是,得益于天体物理学家国际小组的一项新研究,天文学家现在有一个统一的模型来解释最近对这些极端事件的观测。

这项研究最近在《天体物理学杂志》中发表,标题是“潮汐破坏事件的统一模型”,由尼尔斯玻尔研究所的暗宇宙学中心物理学家Jane Lixin Dai领导。

她加入了马里兰大学联合太空科学研究所和加利福尼亚大学圣克鲁斯(UCSC)的成员。

正如加州大学圣克鲁斯的天文和天体物理学教授Enrico Ramirez Ruiz和哥本哈根大学的波耳教授以及该论文的合著者在UCSC新闻稿中解释的:

“只有在过去的十年左右,我们才能够区分TDE与其他星系现象,新模型将为我们提供了解这些罕见事件的基本框架。”

在大多数星系中,SMBHs不主动消耗任何物质,因此不发出任何光,这就把它们与有活动星系核(AGNs)的星系区分开来。

因此,潮汐扰动事件非常罕见,在一个典型的星系中,每1万年只发生一次。然而,当一颗恒星被撕裂时,它会释放出大量的辐射。戴秉国解释说:

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“有趣的是,在如此极端的条件下,材料是如何进入黑洞的。当黑洞吞噬恒星气体时,大量的辐射被释放出来。

辐射是我们可以观察到的,利用它我们可以了解物理学并计算黑洞的性质。这使得寻找潮汐扰动事件变得非常有趣。

在过去的几年里,通过广角光学和紫外瞬变测量以及x射线望远镜,已经发现了几十种可能的潮汐扰动事件(TDEs)。

尽管所有的TDEs的物理原理都是一样的,天文学家已经注意到有一些不同的TDEs类型存在。虽然有些主要发射x射线,但有些主要发射可见光和紫外光。

因此,理论家们一直在努力理解所观察到的多样性,并建立一个连贯的模型来解释它们。

为了他们的模型,戴和她的同事们结合了广义相对论、磁场、辐射和气体流体动力学的元素。

该团队还依靠最先进的计算工具和一些最近获得的大型计算机集群,这些基金是由VILUM基金会资助的(黑暗宇宙学中心负责人)、美国国家科学基金会和美国国家航空航天局(Jens Hjorth)资助的。

利用该模型,研究小组得出结论,观察者的观察视角是观察差异的原因。

本质上,不同的星系相对于地球上的观察者是随机取向的,它们根据其取向看到不同的TDE方面。

正如Ramirez Ruiz解释的:

“就像有一个面纱遮盖了一部分野兽。从某些角度看,我们看到了一只被暴露的野兽,但是从其他角度我们看到了一只被覆盖的野兽。野兽是一样的,但是我们的感知是不同的。”

在未来几年中,许多计划的调查项目预计将提供更多的数据在TDE,这将有助于扩大这一现象的研究领域。

这些包括年轻超新星实验(YSE)瞬态调查,这将由尼尔斯玻尔研究所和UC圣克鲁斯的暗宇宙学中心领导,以及在智利建造的大型天气观测望远镜(LSST)。

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宇宙潮汐力

根据戴,这个新模型展示了天文学家从不同角度观看TDE时所能看到的,并允许他们将不同的事件拟合成一个连贯的框架。

她说:“我们将在几年内观测到数百到数千次潮汐破坏事件。”这将给我们很多“实验室”来测试我们的模型,并用它来了解更多关于黑洞的信息。

这种对黑洞偶尔消耗恒星的理解也将为广义相对论、引力波研究提供额外的测试,并帮助天文学家更多地了解星系的演化。

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