超大質量黑洞偶爾會得到一頓豐盛的美餐。一顆路過的恆星過於靠近,被黑洞的引力捕獲,就像蒼蠅困在蜘蛛網上。然後,這顆恆星就成了黑洞的輕易獵物,黑洞將其撕成碎片併吞噬大部分。
天文學家之前曾在遙遠的星系中目睹過幾次這樣的瓦解事件,但通常只在過程的末期。(然而,這些吞噬事件非常罕見,以至於在最近的人類歷史上,我們自己的銀河系中從未被觀測到;每個星系大約每 10,000 年才發生一次。)現在,研究人員詳細記錄了黑洞的吞噬過程,以至於他們能夠推斷出黑洞的大小以及淪為黑洞貪婪獵物的恆星型別。
天文學家無法窺視黑洞內部;在事件視界之外,黑洞的單向邊界,即使是光也無法逃逸到外面的世界。但是,落入黑洞的物質會在事件視界之外壓縮和加熱時發出強烈的輻射耀斑。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠繼續產出關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的報道。
蘇維·格扎裡,約翰·霍普金斯大學的天文學家,和她的同事們使用多臺不同的望遠鏡來追蹤一個距離超過 20 億光年的星系中超大質量黑洞爆發的能量,當時該黑洞吞噬了一顆冒險靠近的恆星。
格扎裡說:“雖然之前已經有這類耀斑的證據,但從未有足夠的資訊來說明哪種型別的恆星淪為黑洞的犧牲品,以及摧毀恆星的黑洞的質量是多少。”她和她的同事們於 5 月 2 日在《自然》雜誌上線上發表了他們的發現。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)
他們首先使用夏威夷的Pan-STARRS 1 望遠鏡發現了耀斑,這是一個相對較新的天文臺,可以快速而重複地掃描天空,以識別天體外觀的變化。2010 年 5 月,該望遠鏡在天空中發現了一個瞬態特徵,被稱為 PS1-10jh,它在可見光中迅速變亮。大約在同一時間,NASA 的太空星系演化探測器在同一位置,一個原本不起眼的星系中心附近,記錄到一個紫外線耀斑。兩臺望遠鏡都追蹤 PS1-10jh 直到 2011 年,當時它達到頂峰並最終褪去;研究人員還徵用了亞利桑那州更大的 MMT 望遠鏡,對耀斑物體進行光譜讀數。
格扎裡解釋說:“因為我們[看到]了在如此多不同波長和如此多細節上的輻射耀斑隨時間變化的情況”,研究人員能夠將他們的觀測結果與恆星墜入黑洞的理論預測進行密切比較。《自然》雜誌上為該研究撰寫評論的米蘭大學天體物理學家朱塞佩·洛達託說:“觀測與理論之間的匹配非常令人信服,光變曲線的形狀非常接近此類事件的預期——實際上是最好的例子之一。”
藉助 MMT 的光譜,它可以根據發射光的波長精確定位單個化學物質,格扎裡和她的同事們能夠解析來自被瓦解恆星的碎片構成。這種物質尤其缺乏氫,氫是宇宙中最常見的元素。“我們在系統中沒有看到氫的證據,”她說。“這是一種非常奇特的氣體。它主要是氦氣。”
恆星碎片的成分表明,被吞噬的恆星是一顆富含氦的紅巨星核心——紅巨星是一種膨脹的恆星型別,太陽將在大約五十億年後演變成這種恆星。“當[紅巨星]膨脹起來時,它的氫外殼非常容易被黑洞的引力剝離,”格扎裡說。“我們現在看到的是這種被剝離的核心。”
洛達託指出,透過多臺望遠鏡對耀斑黑洞進行一年多的跟蹤,實現了前所未有的法醫重建水平。“這是首次如此精確地確定恆星的屬性,”他說。
這也使研究人員能夠對黑洞及其最終吞噬了多少恆星得出一些結論。格扎裡和她的同事們根據耀斑的特性和紅巨星核心的物理屬性估計,黑洞的質量大約是 300 萬個太陽質量。(相比之下,銀河系中心的超大質量黑洞大約是 400 萬個太陽質量。)透過總結耀斑黑洞發出的輻射光,研究人員得出結論,可能 10%,甚至可能高達一半的恆星最終被吞噬。“很大一部分恆星被噴射出去,”格扎裡說。“這是一個非常混亂的過程。”