當恆星被黑洞吞噬時，潮汐力會將其撕碎，產生明亮的輻射耀斑

2020-09-06 博科園

當一顆恆星被一個超大質量黑洞捕獲吞噬時，潮汐力會將其撕碎，當恆星的物質落入黑洞時，會產生明亮的輻射耀斑。天文學家研究這些「潮汐擾動事件」(TDEs)發出的光，以尋找潛伏在星系中心超大質量黑洞進食行為的線索。由加州大學聖克魯斯分校天文學家領導的新「潮汐擾動事件」觀測，現在提供了明確的證據：表明來自恆星的碎片在黑洞周圍形成了一個旋轉圓盤，稱為吸積盤。

加州大學聖克魯斯分校(UC Santa Cruz)博士後研究員、第一作者蒂亞拉·洪(Tiara Hung)表示：理論家們一直在爭論，在潮汐破壞事件期間，吸積盤是否能有效地形成，其研究發現發表在《天體物理學》期刊上，有助於解決這個問題。在經典理論中，「潮汐擾動事件」耀斑是由一個吸積盤提供動力的，從內部區域產生X射線，在那裡熱氣體螺旋進入黑洞。

但對於大多數熱釋光探測器來說，我們看不到X射線（主要在紫外和光學波長發光）所以有人認為，我們看到的不是圓盤，而是恆星碎片流碰撞產生的輻射。合著者加州大學聖克魯斯分校天文學和天體物理學教授Enrico Ramirez-Ruiz和香港大學Jane Dai開發了一個理論模型，該模型可以解釋為什麼儘管形成了吸積盤，「潮汐擾動事件」中通常沒有觀察到X射線，新觀測結果為這一模型提供了強有力的支持。

有說服力的證據

這是第一次確鑿地證實，即使沒有看到X射線，也會在這些事件中形成吸積盤。靠近黑洞的區域被一股光學厚風遮擋住了，所以我們看不到x射線發射，但確實看到了一個延伸的橢圓盤發出的光學光。吸積盤的證據來自光譜觀測，合著者、加州大學洛杉磯分校天文學和天體物理學助理教授瑞安·福利(Ryan Foley)和團隊在由全天超新星自動化勘測(ASAS-SN)首次探測到TDE(名為AT 2018hyz)後，開始監測TDE。

後來並在加州大學利克天文臺用3米高的謝恩望遠鏡，觀測「潮汐擾動事件」（TDE）時注意到了一種不同尋常的光譜。脫穎而出的是氫線（氫氣的排放）它的輪廓是雙峰的，這與此前的任何其他TDE都不同。光譜中的雙峰是都卜勒效應造成，都卜勒效應改變了運動物體發出光的頻率。在圍繞黑洞旋轉的吸積盤中，以一定的角度觀察，一些物質會向觀察者移動，所以它發出的光會移動到更高頻率，而一些物質會離開觀察者，它的光會移動到更低的頻率。

這與賽道上的汽車聲音相同，當汽車朝你駛來時，它的音調會從高音變為低音，而當它駛過並開始遠離你時，音調就會變得更低。如果你坐在看臺上，一個轉彎的汽車都朝你移動，另一個轉彎的汽車則遠離你。在吸積盤中，氣體以類似的方式繞著黑洞運動，這就是光譜中出現兩個峰值的原因。在接下來的幾個月裡，研究小組繼續收集數據，用幾個望遠鏡觀察TDE隨著時間的推移而演變。

在恆星被破壞後的幾周內，吸積盤形成發生得相對較快。這一發現表明，儘管雙峰發射很少見，但在光學檢測到的TDEs中，吸積盤形成可能是常見的，這取決於吸積盤相對於觀察者的傾斜度等因素。模擬顯示，所觀察到的東西對傾角非常敏感。有一個更好的方向可以看到這些雙峰特徵，有一個不同的方向可以看到X射線發射。對多波長後續觀測的分析，包括光度和光譜數據，為這些不尋常的事件提供了前所未有的洞察。

博科園｜研究/來自：加州大學聖克魯斯分校

參考期刊《arXiv》《天體物理學》

Cite: arXiv:2003.09427

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