这就是黑洞啃食倒霉恒星时的样子

2021-09-2010:54:03来源: cnBeta.COM 评论 2,254

这就是黑洞啃食倒霉恒星时的样子

亚利桑那大学的天文学家分析了对X射线耀斑的观测,并将数据与理论模型进行了拟合,记录了一颗不幸的恒星和一个中等质量的黑洞之间的一次致命的相遇。虽然黑洞幼儿似乎没有什么共同之处,但它们在一个方面却非常相似。两者都可以把“饭桌”搞得一团糟,从而产生了大量的证据,证明它已经吃过了。

一名熊孩子可能会留下意大利面的残渣或酸奶的飞溅物,而黑洞这种高级吃货则会创造出令人难以置信的后果。当黑洞吞噬一颗恒星时,它会产生天文学家所说的"潮汐力破坏事件"。无助的恒星的破碎伴随着辐射的爆发,这种辐射可以比黑洞所在星系的每颗恒星的总和还要亮上几个月,甚至几年。

在《天体物理学杂志》上发表的一篇论文中,由亚利桑那大学斯图尔德天文台的博士后研究助理Sixiang Wen领导的一个天文学家小组,利用被称为J2150的潮汐破坏事件所发出的X射线,首次对黑洞的质量和旋转进行了测量。这个黑洞属于一种特殊的类型:中等质量的黑洞,长期以来一直没有被观测到。

"我们能够在这个黑洞吞噬一颗恒星的时候捕捉到它,这为我们提供了一个非凡的机会来观察那些原本看不见的东西,"亚利桑那州立大学天文学教授、论文的共同作者Ann Zabludoff说。"不仅如此,通过分析耀斑,我们能够更好地了解这类难以捉摸的黑洞,它们很可能占星系中心的大部分黑洞。"

通过重新分析用于观测J2150耀斑的X射线数据,并将其与复杂的理论模型进行比较,作者表明,这个耀斑源于一颗不幸的恒星和一个中等质量的黑洞之间的遭遇。所讨论的中间黑洞的质量特别低--对于一个黑洞来说--大约是太阳质量的10000倍。

由死亡恒星的碎片形成的内盘发出的X射线使我们有可能推断出这个黑洞的质量和自旋,并将其归类为一个中间黑洞。

这就是黑洞啃食倒霉恒星时的样子

当一颗恒星离黑洞太近时,引力会产生强烈的潮汐力,将恒星分解成一股气体,从而导致一种被称为潮汐破坏事件的大灾难现象。巨大的能量被释放出来,在某些情况下导致潮汐扰乱事件超过其星系。

在承载超大质量黑洞的大型星系中心,已经看到了数十次潮汐力破坏事件,在可能包含中间黑洞的小型星系中心,也观察到了少数潮汐力破坏事件。然而,过去的数据从未详细到足以证明一个单独的潮汐破坏耀斑是由一个中间黑洞驱动的。

研究报告的共同作者、耶路撒冷希伯来大学的高级讲师尼古拉斯-斯通说:"由于现代天文观测,我们知道几乎所有大小与我们的银河系相似或更大的星系的中心都有中央超大质量黑洞。这些庞然大物的大小是我们太阳质量的100万到100亿倍,当有太多的星际气体落入其附近时,它们就会成为强大的电磁辐射源。"

这些黑洞的质量与它们所在星系的总质量密切相关;最大的星系承载着最大的超大质量黑洞。

"我们对比银河系小的星系中心的黑洞的存在仍然知之甚少,"共同作者、荷兰拉德堡大学和SRON荷兰空间研究所的Peter Jonker说。"由于观测上的限制,发现比100万太阳质量小得多的中心黑洞是很有挑战性的。"

据Jonker说,尽管它们被认为很丰富,但超大质量黑洞的起源仍然未知,目前有许多不同的理论争相解释它们。中等质量的黑洞可能是超大质量黑洞生长的种子。他说:"因此,如果我们能更好地掌握有多少真正的中间黑洞存在,它可以帮助确定哪些超大质量黑洞形成的理论是正确的。"

更令人兴奋的是该小组能够获得的J2150的自旋测量。自旋测量为黑洞的成长提供了线索,也可能为粒子物理学提供线索。这个黑洞有一个快速的自旋,但不是可能的最快自旋,这就引出了一个问题:黑洞是如何在这个范围内最终形成自旋的。测量的自旋排除了黑洞在很长一段时间内从稳定地吞噬气体或从许多快速的气体小吃到随机方向的情况。

此外,自旋测量使天体物理学家能够测试关于暗物质性质的假设,暗物质被认为构成了宇宙中的大部分物质。暗物质可能由实验室实验中尚未看到的未知基本粒子组成。斯通解释说,候选粒子中包括被称为超轻玻色子的假想粒子。

如果这些粒子存在并且质量在一定范围内,它们将阻止一个中等质量的黑洞拥有快速旋转。然而J2150的黑洞正在快速旋转。因此,自旋测量排除了一大类超轻玻色子理论,展示了黑洞作为粒子物理学地外实验室的价值。

在未来,对潮汐破坏耀斑的新观察可能会让天文学家填补黑洞质量分布的空白,作者希望。如果事实证明大多数矮星系含有中等质量的黑洞,那么它们将主导恒星潮汐破坏的速度。通过将这些耀斑的X射线发射与理论模型相匹配,我们可以对宇宙中的中等质量黑洞群体进行普查。

然而,要做到这一点,必须要观察到更多的潮汐破坏事件。这就是为什么天文学家对即将上线的新望远镜寄予厚望,包括维拉-C-鲁宾天文台,也被称为"空间和时间遗产调查",它有望每年发现成千上万的潮汐破坏事件。

weinxin
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