数亿光年外的遥远星系中一颗围绕超大质量黑洞运行的恒星在巨大引力下被猛烈撕裂

这幅插图显示了一颗恒星在潮汐破坏耀斑中被超大质量黑洞吞噬时发出的发光物质流。当一颗恒星经过黑洞的一定距离内时 - 足够接近被引力破坏 - 恒星物质在落入黑洞时被拉伸和压缩。（NASAJPL-加州理工学院）

这幅插图描绘了一颗恒星（前景）在“潮汐破坏事件”期间被超大质量黑洞（背景中）吸入时经历意大利面条化。（ESOM Kornmesser）

（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（作者：Dan Bernardi，雪城大学）：在数亿光年之外的一个遥远星系中，一颗围绕超大质量黑洞运行的恒星正在黑洞的巨大引力下被猛烈撕裂。当恒星被撕碎时，它的残余物被转化为一股碎片流，这些碎片落回黑洞，形成一个非常热、非常明亮的物质盘，围绕黑洞旋转，称为吸积盘。这种现象 - 恒星被超大质量黑洞摧毁并助长发光吸积耀斑 - 被称为潮汐破坏事件（TDE），并且预测TDE大约每10，000至100，000年在特定星系中发生一次。

由于光度在短时间内（即比太阳亮数十亿倍）超过整个星系（即比我们的太阳亮数十亿倍），吸积事件使天体物理学家能够从宇宙学距离研究超大质量黑洞（SMBH），为其他静止或休眠星系的中心区域提供了一个窗口。通过探测这些强引力事件，爱因斯坦的广义相对论对于确定物质的行为至关重要，TDE产生了有关宇宙中最极端环境之一的信息：黑洞的事件视界 - 不归路。

TDE通常是“一次性完成的”，因为SMBH的极端引力场会破坏恒星，这意味着SMBH在吸积耀斑后会逐渐消失在黑暗中。然而，在某些情况下，恒星的高密度核心可以在与SMBH的引力相互作用中幸存下来，使其能够多次绕黑洞运行。研究人员称之为重复部分TDE。

一组物理学家，包括主要作者，欧洲南方天文台研究员Thomas Wevers，以及共同作者，雪城大学物理学助理教授Eric Coughlin和麻省理工学院Kavli天体物理和空间研究所的研究科学家Dheeraj R. “DJ” Pasham提出了重复部分TDE的模型。他们的研究结果发表在《天体物理学杂志快报》上，描述了SMBH捕获恒星，每次恒星接近黑洞时物质的剥离，以及材料被剥离和再次进入黑洞之间的延迟。该团队的工作是第一个开发和使用重复部分TDE的详细模型来解释观测结果，预测遥远星系中恒星的轨道特性，并了解部分潮汐破坏过程。

该团队正在研究一种名为AT2018fyk的TDE（AT代表天体物理瞬变）。这颗恒星是由SMBH通过称为“希尔斯捕获”的交换过程捕获的，其中恒星最初是双星系统（两颗恒星在相互引力下相互绕行）的一部分，该系统被黑洞的引力场撕裂。另一颗（未捕获的）恒星以~1000公里/秒的速度从银河系中心喷射出来，被称为超高速恒星。

一旦绑定到SMBH，为AT2018fyk发射提供动力的恒星每次通过与黑洞最接近的点时都会反复剥离其外壳。恒星剥离的外层形成了明亮的吸积盘，研究人员可以使用X射线和紫外线/光学望远镜来观察来自遥远星系的光线。

根据Wevers的说法，有机会研究部分TDE可以对超大质量黑洞的存在和星系中心恒星的轨道动力学提供前所未有的见解。

“到目前为止，人们的假设是，当我们看到恒星和超大质量黑洞之间近距离相遇的后果时，结果对恒星来说将是致命的，也就是说，恒星被完全摧毁，”他说。“但与我们所知道的所有其他TDE相反，当我们几年后再次将望远镜指向同一位置时，我们发现它再次变亮。这导致我们提出，与其说是致命的，不如说是恒星的一部分在最初的遭遇中幸存下来，并返回同一位置再次被剥离物质，从而解释了重新变亮的阶段。

AT2018fyk于2018年首次被发现，最初被认为是普通的TDE。在大约600天的时间里，光源在X射线中保持明亮，但随后突然变暗并且无法检测到 - 这是恒星残余核心返回黑洞的结果，麻省理工学院物理学家Dheeraj R. Pasham解释说。

“当核心返回黑洞时，它基本上通过引力从黑洞中窃取了所有气体，结果没有物质可以吸积，因此系统变暗，”Pasham说。

目前还不清楚是什么导致了AT2018fyk光度的急剧下降，因为TDEs通常会平滑地逐渐衰减 - 而不是突然 - 在其发射中。但在下降大约600天后，再次发现源是X射线明亮的。这导致研究人员提出，这颗恒星在第一次与SMBH的近距离接触中幸存下来，并且在黑洞的轨道上。

使用详细的建模，研究小组的发现表明，恒星围绕黑洞的轨道周期大约为1，200天，从恒星脱落的物质大约需要600天才能返回黑洞并开始吸积。他们的模型还限制了捕获的恒星的大小，他们认为这颗恒星的大小与太阳差不多。至于最初的双星，研究小组认为这两颗恒星在被黑洞撕裂之前彼此非常接近，可能每隔几天就会相互绕行。

那么，一颗恒星如何在死亡中幸存下来呢？这一切都归结为接近度和轨迹的问题。如果恒星与黑洞正面相撞并经过事件视界 - 逃离黑洞所需的速度超过光速的阈值 - 恒星将被黑洞吞噬。如果恒星非常靠近黑洞并穿过所谓的“潮汐半径” - 洞的潮汐力比保持恒星在一起的引力强 - 它将被摧毁。在他们提出的模型中，恒星的轨道到达一个最接近的点，就在潮汐半径之外，但并没有完全穿过它：恒星表面的一些物质被黑洞剥离，但其中心的物质保持不变。

恒星绕SMBH运行的过程如何或是否会发生在许多重复的通道中，这是一个理论问题，该团队计划在未来的模拟中研究这个问题。锡拉丘兹物理学家埃里克·考夫林（Eric Coughlin）解释说，他们估计每次通过黑洞时，恒星质量的1%到10%都会丢失，由于TDE发射建模的不确定性，范围很大。

“如果质量损失只有1%的水平，那么我们预计这颗恒星能够存活更多的遭遇，而如果它接近10%，恒星可能已经被摧毁了，”考夫林指出。

该团队将在未来几年内关注天空，以测试他们的预测。根据他们的模型，他们预测源将在2023年3月左右突然消失，并在2025年新剥离的物质吸积到黑洞时再次变亮。

该团队表示，他们的研究为跟踪和监测过去检测到的后续来源提供了新的前进方向。这项工作还提出了一种来自外部星系中心的重复耀斑起源的新范式。

“在未来，可能会有更多的系统被检查为后期耀斑，特别是现在这个项目提出了通过动态交换过程捕获恒星的理论图景以及随后的反复部分潮汐破坏，”考夫林说。“我们希望这个模型可以用来推断遥远的超大质量黑洞的性质，并了解它们的”人口统计“，即给定质量范围内的黑洞数量，否则很难直接实现。

该团队表示，该模型还对潮汐破坏过程做出了一些可测试的预测，并且随着对AT2018fyk等系统的更多观测，它应该可以深入了解部分潮汐破坏事件的物理学和超大质量黑洞周围的极端环境。

“这项研究概述了可能预测外部星系中超大质量黑洞下一次零食时间的方法，”Pasham说。“如果你仔细想想，我们在地球上可以将我们的望远镜对准数百万光年外的黑洞，以了解它们是如何喂养和生长的，这是非常了不起的。

（神秘的地球uux.cn）据英国新科学家网站（莉亚·克兰）：在近9亿光年之外，一个超大质量黑洞有零食。每隔1200天左右，同一颗轨道恒星就会变得有点太近，黑洞就会在所谓的重复部分潮汐破坏事件（TDE）中咬一口。

这个TDE，命名为AT2018fyk，是有史以来第二个被发现重复的TDE。纽约雪城大学的埃里克·考夫林（Eric Coughlin）于1月12日在西雅图举行的美国天文学会会议上介绍了这一发现。

天文学家发现的第一个咬合是在2018年，当时质量是太阳的60亿倍的黑洞突然变亮并保持了大约600天。每当一颗恒星离黑洞太近时，就会发生这种情况，此时它会被强大的引力场撕碎，产生一股炽热明亮的恒星物质，然后落入黑洞并再次变暗。那个特殊的TDE被记录下来，一旦它迅速消失，天文学家认为这就是它的结束。

但是在黑洞吃完零食多年后，奇怪的事情发生了。“在最初被发现近四年后，我们回过头来再次观察这个物体，发现它再次明亮，”考夫林说。“这真的非常非常奇怪，这根本不是TDE的标准理论所预测的。

第二次增亮看起来与第一次几乎相同。这导致考夫林和他的同事认为这只是从同一颗恒星上咬的第二口。黑洞并没有完全撕碎这颗恒星，而是似乎每次靠得太近时都会撕掉它的碎片，让恒星的核心继续在另一个轨道上。

每次通过时，黑洞都会吞噬恒星的1%到10%。“如果是10%，那么这个东西更有可能只能存活两到三次与超大质量黑洞的相遇，”考夫林说。“如果是1%...也许我们还有几十年的时间。

目前，AT2018fyk仍然很亮，因为黑洞完成了它的恒星零食，但如果研究人员的模型是正确的，它应该在2023年8月迅速变暗，然后在2025年3月再次变亮。他们将密切关注它，看看我们还能学到什么关于黑洞如何吞噬物质的信息。

（神秘的地球uux.cn）据科技日报：近日，来自德国马克斯·普朗克地外物理学研究所的科学家发现了一个有趣的重复事件：在一个星系中，X射线耀斑每220天重复一次，这表明一颗围绕星系中心黑洞运行的恒星在其轨道上“喂养”了这颗黑洞。

偶尔，一颗恒星可能会离星系中心黑洞太近，并被其强大的潮汐力破坏，这就是所谓的“潮汐瓦解事件”。这些事件导致恒星的物质流失到黑洞，恒星物质被消耗时产生X射线耀斑。潮汐瓦解事件在每个星系中，大约每一万年发生一次，是极其罕见的现象，迄今为止观测到的大多数候选事件都是一次性事件，因此只会产生一次X射线耀斑。

在此次最新发现中，天文学家观测到了3个完整的X射线耀斑重复周期，重复时间约为220天，而重复的X射线耀斑则强烈地预示着重复的潮汐瓦解事件。

研究人员估计，围绕黑洞运行的恒星在第一次、第二次和第三次“访问”黑洞时，分别损失了相当于太阳质量5%、1.5%和0.5%的质量，这些损失足够小，以至于恒星可以在几次与黑洞“邂逅”中幸存下来。

相关研究结果发表在《天文学与天体物理学》杂志上。