天文学家观察到了令人震惊的时刻,2.9亿光年外的一个黑洞撕裂了一颗恒星。当恒星离黑洞太近时,这种“悲剧”就会发生——由于黑洞的强大引力,潮汐力撕裂恒星。这种现象被称为“潮汐力的瓦解”。在这个过程中,一些恒星碎片被高速抛出,其余的落入黑洞,形成独特的X射线耀斑,可以持续数年。这项发现发表在《自然》杂志上。

艺术概念图展示了一颗恒星因为离黑洞太近而被撕裂的时刻。这种现象被称为“潮汐力的瓦解”。在这个过程中,一些恒星碎片被高速抛出,其余的落入黑洞,形成独特的X射线耀斑,可以持续数年。

科学家称这是过去10年中观察到的离地球最近的黑洞,它将恒星撕裂开来。该研究论文的合著者、马里兰大学天文学教授兼联合空间科学研究所所长库雷曼·米勒指出:“这些观察结果支持了关于潮汐力解体事件的结构和演变的一些新观点。将来,潮汐力的分解将作为实验室,帮助我们研究极端重力的影响。”

2014年11月,可见光观测装置ASASSN号首次观测到潮汐力的解体,并将其命名为ASASSSN-14LI。这一事件发生在PGC 043234星系中心的一个超大质量黑洞附近。在美国国家航空航天局的钱德拉X射线望远镜、斯威夫特伽马射线爆发探测器和欧洲航天局的XMM- Newton卫星的帮助下,科学家们进行了进一步的研究,通过分析潮汐力分解过程中的X射线辐射来得出更清晰的图像。美国密歇根大学的乔·米勒教授说:“在过去的几年里,随着研究的继续,我们掌握了一些潮汐力瓦解的证据,并提出了许多想法。这是迄今为止我们拥有的最理想的机会,它可以帮助我们真正理解黑洞撕裂恒星的过程。”

最近观察到的潮汐力解体的照片。在图片的左上角,一个恒星碎片圆盘围绕着黑洞。其他碎片形成一条远离黑洞的长尾巴,向右延伸。

在潮汐力解体期间恒星被摧毁后,黑洞的强大引力吸走了大部分恒星碎片。在这个过程中,摩擦加热恒星碎片并产生大量的X射线辐射。在X射线风暴之后,随着恒星物质落在黑洞视界之外,光线逐渐减弱。如果超出事件视界,没有光或其他信息可以逃脱。在落入黑洞的过程中,气体倾向于向内螺旋形成一个圆盘,也称为“吸积盘”。然而,吸积盘的形成仍然是一个谜。

通过观测ASASSSN-14li,天文学家可以通过观测不同波长的x射线并跟踪它们的辐射如何随时间变化来获得吸积盘形成期间的相关信息。研究人员发现,绝大多数x光是由非常接近黑洞的物质产生的。最亮的物质可能占据最小的稳定轨道。天文学家感兴趣的是没有穿过视界的物质发生了什么,而不是被黑洞抛出的物质。该研究论文的合著者、荷兰空间研究所的天文学家杰拉德·卡斯特拉指出:“黑洞撕裂恒星并迅速吞噬它们的物质,但故事还没有结束。黑洞不能保持相当的物质吞噬率,所以一些物质会被向外喷射。

在落入黑洞的过程中,气体倾向于向内螺旋形成一个圆盘,也称为“吸积盘”。然而,吸积盘的形成仍然是一个谜。

x光数据显示,黑洞外有一股风,带走了恒星气体。风不需要足够快就能逃脱黑洞的引力。一种可能的解释是,风移动的速度很慢,因为它们来自于被撕裂的恒星,这些恒星沿着椭圆轨道绕着黑洞移动。在椭圆轨道的远端,离黑洞最远的地方,风以最慢的速度移动。“这一发现突出了多波长观测的重要性,”研究论文的合著者和助理教授苏维·杰扎里说。虽然这一事件是通过光学望远镜观察到的,但x光观察是确定辐射温度和半径以及获得流出信号的关键。"

天文学家希望观察和研究更多类似ASASSAN-14li的事件,然后测试黑洞如何影响周围环境的理论模型,并进一步了解黑洞如何撕裂恒星或其他离它们太近的天体。