目睹黑洞撕碎一顆恆星（圖）

艾麥樂 發表於  2015-01-28 13:58

　　

　　天文學家發現，距離地球30億光年外一個小星系中心的黑洞，撕碎了一顆路過的恆星，然後被迅速下落的恆星物質噎住了…… 圖片來源：astro.columbia.edu

　　經過長達5年的跟蹤觀測分析之後，天文學家相信他們目睹了一個巨大黑洞撕裂一顆恆星的全過程。這項研究本月發表在《天體物理學報》（The Astrophysical Journal）上。

　　2009年1月21日，美國麥克唐納天文台（McDonald Observatory）的ROTSE IIIb望遠鏡捕捉到了一起極亮天文事件發出的閃光。這台大視場望遠鏡是ROTSE超新星查證項目（RSVP）的一部分，每個夜晚都會拍攝大片天區的照片，以尋找新近發生爆炸的恆星。之後，軟體會自動比對接連拍攝的一系列照片，尋找天空中新出現的明亮天體——比如恆星爆炸或者伽馬暴之類的暫現現象。

　　2009年發現的這一事件，絕對星等達到-22.5等，明亮程度堪比ROTSE團隊近年來發現的所謂「超明亮超新星」（已知最明亮的一類恆星爆炸事件）。研究團隊用動畫片《南方公園》（South Park）里一個角色的名字給這一事件起了個昵稱——「Dougie」，而它的正式學名則是ROTSE 3J120847.9 + 430121。

　　研究團隊起初認為Dougie可能是一顆超新星，便開始著手尋找它所在的星系（星系本身亮度太暗，ROTSE望遠鏡無法看到）。他們發現，斯隆數字化巡天（SDSS）項目已經在Dougie所在的位置上標明了一個暗淡的紅色星系。接下來，研究團隊又用夏威夷的巨型凱克望遠鏡觀測了這個星系，確定它距離地球足在30億光年。

　　這些後續觀測意味著，Dougie位於這個星系當中——但那裡到底發生了什麼事情呢？團隊成員提出了4種可能的情況：超明亮超新星；兩顆中子星發生併合；伽馬暴；或者「潮汐瓦解事件」——也就是，一顆恆星在靠近星系中心的黑洞時被引力撕碎。

　　為了確認Dougie的本質，科學家用不同的方法對它進行了研究。他們利用太空中的雨燕號望遠鏡（Swift）對它進行了紫外觀測，又用麥克唐納天文台口徑9.2米的霍比－埃伯利望遠鏡（Hobby-Eberly Telescope）拍攝了許多光譜。最終，他們用計算機模擬了不同物理過程發出的光可能如何來解釋Dougie的各種性質——亮度如何隨時間發生變化，可能展現出什麼樣的化學指紋——然後再跟Dougie實際觀測到的性質加以比較。

　　具體來說，Dougie看起來不像超新星。中子星併合和伽馬暴的可能性也同樣被排除了。

　　「我們發現這個新天體的時候，它看起來類似於我們已知的超新星。」這項研究的主要作者、匈牙利賽格德大學的約瑟夫·溫科（Jozsef Vinko）說，「但持續監測它的亮度變化之後，我們意識到這是先前沒有人真正見過的某種現象。查明它有可能是一個超大質量黑洞在吞吃一顆恆星，這番經歷相當過癮。」

　　團隊成員、美國得克薩斯大學奧斯汀分校超新星團隊負責人J·克雷格·惠勒（J. Craig Wheeler）說，「我們意識到，這可能是一起『潮汐瓦解』事件。」他解釋說，這意味著一個黑洞巨大的引力作用於恆星一側的力量要比另外一側更大，由此導致的潮汐使得這顆恆星分崩離析。

　　他說，當一顆恆星來到黑洞附近時，它靠近黑洞的一側所受的引力要大於背向黑洞的一側。這種引力差可以很強大，強大到能把這顆恆星拉成麵條形狀。

　　惠勒說，這顆恆星「不會直接落入黑洞，可能會先形成一個盤。但黑洞註定會吞噬其中的絕大多數物質」。

　　儘管天文學家之前看到過黑洞吞噬恆星（數量總計還不到10次），但Dougie在其中仍然十分特殊：這顆恆星沒那麼容易被吞噬。

　　美國哈佛大學的詹姆斯·吉約雄（James Guillochon）和加利福尼亞大學聖克魯茲分校的恩里科·拉米雷斯－魯伊斯（Enrico Ramirez-Ruiz）建立的計算機模型顯示，瓦解的恆星物質發出了太多的輻射，給物質的下落產生了阻力。換句話說，這個黑洞被快速下落的物質噎住了。

　　根據Dougie發光的特徵，以及他們推算出的那顆恆星原本的質量，研究團隊發現Dougie在被撕碎之前是一顆類似太陽的恆星。

　　惠勒說，根據他們對Dougie所在星系的觀測，再結合Dougie的各種性質，讓他們得出結論認為，這個星系中央的黑洞質量不算太大，只有太陽的大約100萬倍。（做個比較，《星際穿越》里的卡岡圖雅質量是太陽的1億倍，而銀河系中心的超大黑洞質量是太陽的400萬倍。）

　　探究Dougie的性質，還給了解又小又遠的那些星系帶來了意想不到的結果。正如惠勒所說，「誰知道這個小不點還擁有一個黑洞呢？」（編輯：Steed）