在3亿光年外,发现一颗恒星坠毁,导致一个黑洞消失长达100天

稿件来源:头条号 博科园

在一个遥远的星系中心,一个黑洞正在慢慢地消耗周围吸积盘的气体,这些气体在这个黑洞周围旋转,就像水在排水沟里盘旋一样。当一股稳定的细流气体被拉进张开的“黑洞大口”时,超热粒子聚集在黑洞附近,在圆盘上方和下方,产生了明亮的X射线光,在3亿光年外的地球上都可以看到。众所周知,这些被称为黑洞日冕的超热气体在黑洞进食时,其光度会发生明显的变化,变亮或变暗高达100倍。

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但天文学家敬畏地观察到,在一个名为1ES 1927+654的星系中,来自黑洞日冕的X射线完全消失,在大约40天内衰减了1万倍。几乎立刻,它开始反弹,大约100天后,它的亮度几乎是此前的20倍。来自黑洞日冕的X射线光是黑洞进食的直接副产品,因此1ES1927+654星系黑洞X射线的消失,很可能意味着黑洞的食物供应已经被切断。发表在《天体物理学》期刊上的一项新研究中,科学家们假设,一颗失控的恒星可能离黑洞太近,被撕裂了。

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如果是这样的话,来自恒星的快速移动碎片可能已经坠毁成黑洞吸积盘的一部分,短暂地分散了气体。研究的主要作者、智利圣地亚哥迭戈·波塔利斯大学的助理教授克劳迪奥·里奇(Cldio Ricci)说:我们通常不会在吸积黑洞中看到这样的变化,这太奇怪了,一开始我们以为数据可能有问题。当我们看到它是真实的时,非常令人兴奋。宇宙中几乎每个星系的中心都可能存在一个大质量黑洞,就像1ES1927+654星系中的那个。

迄今独一无二的事件

星系1ES1927+654中的黑洞质量比太阳大数百万倍,黑洞通过吞噬环绕它们的气体生长,也就是众所周知的吸积盘。因为黑洞不发射或反射光线,所以不能直接看到它们,但黑洞日冕和吸积盘发出的光,提供了一种了解黑洞的间接方法。恒星假说也得到了这样一个事实的支持,即在X射线信号消失前几个月,地球上的天文台在可见光波长上看到了吸积盘相当亮,这可能是恒星碎片与吸积盘最初碰撞的结果。

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星系1ES1927+654中黑洞X射线消失事件是迄今独一无二的,不仅因为亮度发生了戏剧性的变化,而且还因为天文学家能够对其进行深入的研究。可见光耀斑促使Ricci和同事要求使用美国宇航局(NASA)中子星内部成分探测器(NICER)对黑洞进行后续监测,NICER是国际空间站上的X射线望远镜。在15个月的时间里,总共观察了该系统265次,美国宇航局(NASA)的Neil GehrelsSwift天文台:

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也在紫外光下观察了该星系,以及NASA核光谱望远镜阵列(NuSTAR)和欧空局(欧洲航天局)XMM-牛顿天文台(有NASA参与)获得了额外的X射线监测。当来自这个黑洞日冕的X射线光消失时,研究人员观测到了来自该系统较低能量的X射线,因此,这些天文台在整个事件中共同提供了连续的信息流。虽然一颗任性的恒星似乎是最有可能的原因,但研究人员也指出,对于这一史无前例的事件,可能还有其他解释。

深入研究

观测的一个显著特征是,亮度的总体下降并不是一个平稳过渡:每天,更好地探测到的低能X射线显示出戏剧性变化,有时在短短8小时内亮度变化了100倍。在极端情况下,众所周知,黑洞日冕会变得更亮或更暗100倍,但时间尺度要长得多,连续几个月发生如此迅速的变化是非同寻常的。麻省理工学院物理学助理教授、这项新研究的合著者艾琳·卡拉(Erin Kara)说:这个数据集中有很多谜题。

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但这是令人兴奋的,因为这意味着我们正在了解一些关于宇宙的新东西,恒星假说是一个很好的假说,但天文学家们将在很长一段时间内分析这一事件。这种极端的可变性在黑洞吸积盘中,可能比天文学家意识到的更常见。许多正在运行和即将到来的天文台,都是为了寻找宇宙现象的短期变化而设计的,这种做法被称为“时域天文学”,可以揭示更多像这样的事件。

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博科园|研究/来自:美国宇航局戈达德太空飞行中心

参考期刊《天体物理学》

DOI: 10.3847/2041-8213/ab91a1

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