碰撞恆星摧毀了遙遠星系中超大質量黑洞的日冕

2020-09-12 大甜貓

一個國際天文學家小組觀察到活躍星系核1es1927+654中一個超大質量黑洞的X射線日冕突然被摧毀。研究人員認為，他們的觀測結果可以解釋為黑洞周圍的吸積流與潮汐擾動恆星碎片之間的相互作用。


圖片說明：這幅兩幅圖顯示了黑洞被一個氣體圓盤包圍，在圓盤部分散開之前和之後。在左邊的畫面中，黑洞上方的白光球就是黑洞日冕，它是一組超熱氣體粒子的集合，當氣體從圓盤落入黑洞時形成。落向圓盤的碎片條紋就是被黑洞引力撕裂的恆星的殘骸。右圖顯示的是恆星碎片分散了圓盤中的一些氣體，導致日冕消失後的黑洞。

2018年3月，一次意外的爆炸照亮了全天空超新星自動測量（ASASN）的視野，該系統測量整個夜空中的超新星活動。

調查發現，1ES1927+654的亮度躍升至正常亮度的40倍左右。

麻省理工學院卡夫利天體物理和空間研究所的天體物理學家艾琳·卡拉博士說：「這是一個活躍的星系核（AGN），我們有點了解，但它不是很特別，」合著者之一。

「後來阿薩森注意到這個普通的活動星系核突然變亮，引起了我們的注意，我們開始用其他許多波長的望遠鏡來觀察它。」

她補充說：「我們預計亮度變化如此之大，應該在幾千到數百萬年的時間尺度上發生變化。」。

「但在這個物體中，我們看到它在一年中變化了10000倍，甚至在8小時內變化了100倍，這是完全聞所未聞的，真是令人難以置信。」

主要的作者，Diego Portales大學的研究員Claudio Ricci教授說:「我們通常不會在黑洞的吸積中看到這樣的變化，」

「太奇怪了，一開始我們還以為數據可能有問題。當我們看到它是真實的，它是非常令人興奮的。但我們也不知道我們在處理什麼，我們交談過的人都沒有見過這樣的事情。」

卡拉博士、裡奇博士和他們的同事們用多臺望遠鏡觀測了1ES1927+654在X射線、光學和紫外線波段的超大質量黑洞。

這些望遠鏡大多是周期性地對準黑洞，例如每六個月記錄一整天的觀測結果。

研究人員還每天用美國宇航局的中子星內部成分探測器（NICER）觀察黑洞。

通過頻繁的觀測，他們能夠捕捉到黑洞亮度急劇下降的情況，在他們測量到的幾乎所有波段，尤其是在高能X射線波段——這一觀察表明黑洞的日冕已經完全和突然地蒸發了。

卡拉博士說：「在阿薩森看到它經歷了這場瘋狂的大爆發之後，我們看著日冕消失了。」。

「它變得無法探測，這是我們以前從未見過的。」

天體物理學家不確定是什麼原因導致日冕形成，但他們相信這與穿過黑洞吸積盤的磁力線的配置有關。

在更近的地方，特別是在事件視界附近，物質會以更多的能量循環，這可能會導致磁力線扭曲和斷裂，然後重新連接。這種纏結的磁能可以使粒子在黑洞附近旋轉，達到高能X射線的水平，形成環繞黑洞的冠狀日冕。

卡拉博士和合著者認為，如果一顆任性的恆星確實是日冕消失的罪魁禍首，它首先會被黑洞的引力撕碎，將恆星碎片分散在吸積盤上。

這可能導致了阿薩森捕捉到的短暫的亮度閃光。

潮汐的破壞會觸發圓盤中的大部分物質突然落入黑洞。它也可能使磁碟的磁力線偏離正常軌道，從而無法再產生和支持高能日冕。

最後一點對於理解日冕最初是如何形成的，是一個潛在的重要問題。根據黑洞的質量，有一個特定的半徑，在這個半徑內，恆星肯定會被黑洞的引力吸引進來。

科學家們計算出，如果一顆恆星確實是黑洞缺失日冕的原因，如果一個類似大小的超大質量黑洞中形成日冕，那麼它的半徑將在大約4光分的範圍內發生——這一距離大致相當於距離黑洞中心約7500萬公裡。

卡拉博士說：「由於這一事件是由恆星潮汐破裂引起的，這將是我們對日冕必須存在的一些最嚴格的限制。」。

從那時起，日冕發生了變化，用高能X射線照射，研究小組也觀測到了這一點。

它不再像以前那麼明亮了，但是作者們仍在繼續監視它，儘管不那麼頻繁，以觀察這個系統還有更多的存儲空間。

「我們要繼續關注。它仍然處於這種不尋常的高通量狀態，也許它會再次發生一些瘋狂的事情，所以我們不想錯過這一點，」卡拉博士說。

研究小組的論文發表在《天體物理學快報》上。

相關焦點

  • 超大質量黑洞的「嘔吐物」中竟有恆星誕生?
    歐洲南方天文臺（ESO）的甚大望遠鏡（VLT）的觀測把這些超大質量黑洞描繪成一群會「隨地亂吐」（噴射物質）的黑幫「頭頭」，正如同他們的「小弟」（小型黑洞）所做的一樣。但這一系列的混亂過後可能會導致新的恆星的誕生。
  • 具有三個「層」的黑洞是什麼樣的,它如何撕裂遙遠星系中的恆星?
    根據黑洞的形成時間和形成原因，它被分為了原始黑洞、中質黑洞、恆星質量黑洞，以及超大質量黑洞。在現代天體物理學中有一個重要領域，那就是確定超大質量黑洞形成原因和質量來源。原始黑洞由早期宇宙原始物質凝結而成，誕生於大爆炸後不久。
  • 是神秘力量摧毀了黑洞的等離子環
    全世界的望遠鏡都看到在遙遠的超大質量黑洞周圍出現一道明亮的閃光，然後，很快它就消失了。這個黑洞是一個名為1ES1927+654的星系的重核，由於它的日冕、圍繞其視界旋轉的過熱粒子環，或是流入物質的不歸宿點，從地球上可以看到它。
  • 發現一顆最遙遠的超大質量黑洞
    例如，我們所棲息的銀河系就是這樣，在其中心的黑洞質量約為太陽的400萬倍。關於黑洞，一直有著種種困擾我們的未知謎題，其中一個便是：這些超大質量黑洞究竟是如何形成、以及需要多長的時間才能達到如此巨大的質量的？現在，天文學家在早期宇宙中，發現了一個迄今為止已知的最遙遠的超大質量黑洞，它的出現使我們更加的困惑。
  • 超大質量黑洞:星系的締造者?
    超大質量黑洞射出的噴流導致星系形成的概念圖。圖片來源：ESO/L. Calçada。當時，許多天文學家認為，只有類星體中才存在超大質量黑洞，而類星體在宇宙中又十分罕見，因此它們只不過是無關緊要的宇宙「異類」而已。然而，隨著在絕大多數的星系中央都發現了超大質量黑洞，這一觀點也發生了改變。
  • 美國華裔科學家發現迄今為止最古老最遙遠的超大質量黑洞和類星體
    一些計算機模型解釋了此類特大質量黑洞如何在宇宙大爆炸後的前10億年中迅速形成——它們可能源於一些質量相當於幾千個太陽的超大型黑洞「種子」，或者形成於整個恆星團的碰撞。這顆被討論的類星體被稱為J0313-1806，它也是第一個有證據表明過熱氣體以五分之一的光速從黑洞周圍區域流出的類星體。
  • 美國宇航局發現遙遠星系當中的超大質量黑洞失蹤了
    天文學家認為，阿貝爾2261和宇宙中大多數大星系一樣，其中心應該有一個巨大的黑洞。預計黑洞的質量是太陽質量的30億到1000億倍之間，但現在已經無法找到這個黑洞。美國宇航局的科學家說，宇宙中幾乎每一個大星系的中心都有一個超大質量的黑洞，而中心黑洞的質量通常與星系的質量同步。科學家預計阿貝爾2261包含一個超大質量的黑洞，與已知宇宙中一些最大的黑洞相媲美。科學家利用錢德拉在1999年和2004年獲得的數據，對星系團的中心進行了搜索，以尋找落向黑洞並產生x射線時過熱的物質。但是，沒有檢測到任何來源。
  • 超大質量黑洞會導致星系自轉嗎?
    回答：儘管黑洞附近的空間與時間都遭到嚴重扭曲，但好消息是它們對遙遠地方的物體還算手下留情。但對於黑洞而言，多遠才算「遙遠」？我們用施瓦茨柴爾德半徑，或是光無法逃逸的引力範圍半徑來描述黑洞的大小。圖解：2MASS的紅外線望遠鏡所拍攝到的銀心全貌（2003年）而銀河系統有2000億顆類似太陽的恆星，各自相距數以光年計的距離，可以說在我們銀河系中需要擔心會受到超大質量黑洞影響的區域其實非常有限。
  • 研究提出超大質量黑洞周圍存在類似圍繞恆星運轉的行星
    日本天文學家提出，氣體和塵埃並非年輕恆星獨有，在星系中心黑洞周圍也存在著大量氣體和塵埃，其質量可以比原恆星盤大數十億倍，像銀河系中心黑洞這樣黯淡、寒冷的超大質量黑洞或許也是孕育行星的理想場所。冰的形成以及更多氣體和塵埃等的凝結，是形成行星的關鍵條件。吳慶文說，黑洞周圍氣體盤中，離黑洞越近氣體溫度越高，但在一定距離之外，溫度足夠低，能夠讓一些水變成冰。
  • 星系中心的超大質量黑洞到底是如何形成的?
    有這麼大的恆星能通過超新星演化出這麼大的黑洞嗎？顯然不可能！所以我們今天就了解下宇宙早期的超大質量黑洞演化過程，它咋來的！先了解下我們銀河系的超大質量黑洞是怎樣被發現的銀河是夜空中光明與黑暗的交織，它包含了我們所能看到的所有恆星，從年輕到古老，有大有小，顏色各異，中間夾雜著昏暗的氣體雲，綿延數十萬光年，而我們就是其中的一份子！
  • 黑洞噴流會影響星系中的恆星形成
    這樣的一束粒子流被稱為噴流，噴流會穿過整個星系，跨度大約3000光年。噴流會穿過一個氣體盤，在某個位置會驅使強風的形成，並與星際雲發生碰撞。歐洲南方天文臺甚大望遠鏡觀測數據顯示，這種強風會持續超過50萬年。IC5063星系的噴流，左邊星系中的電離原子氣體，藍色為射電輻射，右邊顯示了噴流引起的快風，紫色區域顯示了 > 10%的發射線來自強風中的氣體。
  • 遙遠星系的黯淡中心，400億倍太陽質量，我們發現了什麼？
    它是來自Abell 85星系團的Holm 15A星系。Holm 15A是Abell 85星系團中最亮的星系，也是我們附近最亮的星系。但在Holm 15A的中心，這裡卻一片黑暗：該區域表面亮度很低，通常意味著兩個超大質量黑洞在此碰撞。
  • 超大質量黑洞怎麼形成的？日本天文學家稱其來自於超大質量恆星
    而超大質量黑洞（又稱巨型黑洞）是宇宙中質量和體積最大的單一天體類型，比如在我們銀河系中心位置，就有一個相當於太陽的431萬倍質量的超大質量黑洞，而在銀河系的鄰居仙女座星系的中心，有一顆大約1億倍太陽質量的黑洞，去年公布的首張黑洞照片的m87中心黑洞，質量更是達到了太陽的56億倍，不過它還並不是最大質量的黑洞，已知質量最大的黑洞為Ton618，相當於太陽質量的660億倍。
  • 超大質量黑洞怎麼形成的?日本天文學家稱其來自於超大質量恆星
    而超大質量黑洞（又稱巨型黑洞）是宇宙中質量和體積最大的單一天體類型，比如在我們銀河系中心位置，就有一個相當於太陽的431萬倍質量的超大質量黑洞，而在銀河系的鄰居仙女座星系的中心，有一顆大約1億倍太陽質量的黑洞，去年公布的首張黑洞照片的m87中心黑洞，質量更是達到了太陽的56億倍，不過它還並不是最大質量的黑洞，已知質量最大的黑洞為Ton618，相當於太陽質量的660億倍。
  • 天文學家發現了宇宙中最古老、最遙遠的「超大質量」黑洞和類星體
    很久很久以前，在一個非常非常遙遠的星系裡…… 天文學家周二宣布，他們發現了宇宙中最古老、最遙遠的「超大質量」黑洞和類星體。 黑洞和類星體的年齡超過130億歲，是迄今為止發現的最早的黑洞和類星體，這讓天文學家對早期宇宙中巨大星系的形成有了更深入的了解。
  • 遙遠星系的黯淡中心,400億倍太陽質量,我們發現了什麼?
    但在Holm 15A的中心，這裡卻一片黑暗：該區域表面亮度很低，通常意味著兩個超大質量黑洞在此碰撞。目前，這個現象已經得到了解釋：在Holm 15A星系中心有一個絕對稱得上是超大質量的黑洞。這個黑洞的質量是太陽的400億倍，與它相比，銀河系中心的超大質量黑洞人馬座A* （只有400萬倍太陽質量）好像不值一提。事實上，這個龐然大物使銀河系附近所有黑洞都顯得微不足道。
  • 25億光年外，兩個8億多倍太陽質量的超大質量黑洞，即將碰撞！
    每個黑洞質量都是太陽質量的8億多倍，隨著這兩個超大質量黑洞在死亡螺旋中逐漸靠近，它們將開始在時空中發出漣漪般的引力波。這些宇宙波紋將加入到其他超大質量黑洞引力波的背景噪聲中。即使在命中注定的碰撞發生之前，這對超大質量黑洞發出的引力波也會使之前由小得多的黑洞和中子星合併，所探測到的引力波相形見絀。
  • 超大質量黑洞是怎麼形成的?
    銀河系核心的超大質量黑洞是怎麼形成的？這個問題可以擴展為"包括銀河系在內的星系核心的超大質量黑洞是怎麼形成的?"。
  • 16億倍太陽質量,距離130億光年,科學家發現最遙遠超大質量黑洞
    簡單來說，類星體比星系要小，感覺像恆星，但它釋放的能量卻是星系的千倍以上。同時，它也是人類觀測到的最遙遠的天體。發表於《天體物理學雜誌快報》的一項研究報告稱，美國亞利桑那大學的科學團隊發現了迄今為止距離最遙遠的類星體，距離地球130億光年，大約誕生於宇宙大爆炸後的6.7億年，被命名為「J0313-1806」。
  • 16億倍太陽質量,距離130億光年,科學家發現最遙遠超大質量黑洞!
    簡單來說，類星體比星系要小，感覺像恆星，但它釋放的能量卻是星系的千倍以上。同時，它也是人類觀測到的最遙遠的天體。 觀測結果表明，「J0313-1806」是迄今人類觀測到最遙遠的類星體，比過去認為最遠的「J1342+0928」還要遠2000萬光年。此前「J1342+0928」確認為大約誕生在宇宙大爆炸後的6.9億年，其中伴有的超大質量黑洞是8億個太陽質量。但是「J0313-1806」刷新了這個記錄，其伴有超大質量黑洞達到16億個太陽質量。