焦点热文：天文学家发现中型黑洞形成的超大质量黑洞太近的恒星

2022-11-20 16:44:14 来源：东方资讯

有一个方法可以帮助天文学家找到黑洞中缺失的拼图,并以此破解大质量黑洞形成的谜题。

✦

(相关资料图)

在艺术家的构想中，一颗距离超大质量黑洞太近的恒星在绚丽的潮汐瓦解事件中结束它的生命。

来源：NASA/JPL-CalTech

当我们讨论黑洞大小的时候，中型黑洞那里有一个盲区。天文学家已经发现了很多小型黑洞和数十个巨大的黑洞，但是中型黑洞屈指可数。

现在，科学家们又找到了一个潜在的中型黑洞，而且它正在狼吞虎咽：在一个遥远的矮星系中，这个星际怪兽吞噬恒星、吐出明亮的残渣的行为被科学家们逮了个正着。如果我们能通过这种方法发现更多“吃饭掉渣”的黑洞，它们可以帮我们巩固长久以来的理论：中型黑洞孕育了超大质量黑洞。

知道有多少个矮星系中有中型黑洞“会是一个突破”，没有参与研究的伊戈尔·奇林加良（IgorChilingarian）说到。他是哈佛大学的一名天体物理学家。“这不仅会回答黑洞起源的问题”他说，这也能帮我们理解星系的形成。

这颗中型黑洞被“年轻超新星实验”（YSE）捕获。YSE团队中的天文学家们专注于观测那些在生命末期爆炸的恒星。他们每隔几天就用泛星计划（Pan-STARRS）这对在夏威夷的1.8米望远镜观测同一片天区。他们希望能在超新星爆发后的几小时或者几天后观测到它。

但是在2020年6月，天文学家们捕捉到了一些意料之外的东西：将近10亿光年外的一个矮星系里有一个正在迅速变亮的星体。“我们非常、非常幸运”，第一作者，哥本哈根大学的夏洛特·安格斯（CharlotteAngus）说，“我们立刻开始关注它。”接下来的几天和几周，他们利用一些地基天文台和哈勃空间望远镜继续观测那个被暂时命名为“AT2020neh”的星体。它的光变曲线，也就是随时间变化的亮度，在初次观测的13天后达到了顶峰，然后它开始缓慢地下降。

拟合后AT2020neh在不同波段下的光变曲线。横轴为简化儒勒日，纵轴为视星等。

光变曲线的形状的光谱的特性跟超新星的不符；它看起来更像一个潮汐瓦解事件（TDE）：数百万甚至数十亿太阳质量的大黑洞撕碎一颗恒星，吞噬其中的一部分，喷出剩下的部分，形成一个明亮的、过热的弧。

但是这个星体达到最大亮度的速度比典型的潮汐瓦解事件快了两倍还多。为这种事件建模的理论物理学家推测体积稍小的黑洞会有这种迅速达到峰值的潮汐瓦解事件。利用这种模型，YSE团队算出十万到一百万太阳质量的黑洞会有AT2020neh这样的光变曲线。他们于11月10日把成果发表在了《自然·天文学》（NatureAstronomy）上。“我认为这是最有可能的情况”奇林加良说，“我们对于这种事件了解太少了，所以还不能说这个结果是百分百准确的。”

天文学家们相信所有普通大小的星系中心都有一个超大质量黑洞。但是大家说不好像有AT2020neh这样的矮星系中心是不是都有一个中型黑洞。因为矮星系又小又暗，“它们非常难被观测到”安格斯说。

在发现明显的中等大小的潮汐瓦解事件的同时，YSE团队无意中发现了一种在矮星系中寻找中型黑洞的方法。如果他们可以观测一个足够多的样本，他们或许可以探究一下星系中心的黑洞的大小会不会随着星系的大小变化；大家已经在大型的星系中发现了这样的规律。如果这种规律同时适用于矮星系和大型星系的话，它将帮助证明大型星系是由小的星系并合成的，而不是由一团巨大的气体并合成的。星系的形成和演化是天体物理学中的几大谜团之一。天文学家希望像最近发射的詹姆斯·韦布空间望远镜这样的“千里眼”能帮助他们破解这个谜团。

YSE项目很可能只是破解谜团中的一小步。安格斯估计它或许只能再观测屈指可数的几个矮行星潮汐瓦解事件。但是明年，当有着8.4米主镜的巡天望远镜“薇拉·C·鲁宾”天文台开始运行的时候，它可以看到宇宙更深更广的区域。在它为期10年的巡天观测中，这台望远镜预计可以观测到八万之多的潮汐瓦解事件，所以前景还是很明朗的。

责任编辑：郭皓存

牧夫新媒体编辑部

『天文湿刻』牧夫出品

微信公众号：astronomycn

P/2019LD2彗星靠近特洛伊木马

图片来源：NASA、ESA、STScI、B.Bolin（IPAC/加州tech）；CCBY4.0

牧夫

荐书

“太空的一天”系列以太空中的“一天”为时间线，给读者讲述了20余个航天器在太空中的一天的故事。本套书为孩子呈现了浪漫、广袤又充满神秘的宇宙画卷，用拟人化的手法展现了在太空中工作和旅行的航天器角色，用故事串联起航天科普知识，让孩子在唯美清新的插画、幽默风趣的故事中学习前沿的科学文化知识。

标签：天文学家