恒星盛宴:凶猛的黑洞每次经过都要吞噬三个地球质量的恒星物质

发布时间: 2023-09-17 00:40:07 来源: 196世界之最 栏目: 奇趣发现 点击: 26

一颗类似太阳的恒星位于大约5亿光年外的一个星系中,正在被一个黑洞逐渐吞噬,每靠近一个黑洞,就会脱落相当于三个地球质量的物质。莱斯特大学天文学家探测到的大规模X射线爆发表明,黑洞中三倍于地球质量的物...

一颗类似太阳的恒星位于大约5亿光年外的一个星系中,正在被一个黑洞逐渐吞噬,每靠近一个黑洞,就会脱落相当于三个地球质量的物质。

恒星盛宴:凶猛的黑洞每次经过都要吞噬三个地球质量的恒星物质

莱斯特大学天文学家探测到的大规模 X 射线爆发表明,黑洞中三倍于地球质量的物质正在燃烧。在附近星系中,一颗像太阳一样的恒星正逐渐被一个小而贪婪的黑洞吞噬,每次靠近都会损失相当于三个地球质量的物质。

莱斯特大学天文学家的这一发现于9月7日在《自然-天文学》杂志上发表,为我们了解黑洞扰乱轨道恒星提供了"缺失的一环"。它表明,还有一大批恒星正在被吞噬,但尚未被发现。研究小组得到了英国航天局和英国科技设施委员会(STFC)的支持。

发现细节

天文学家们是被一道明亮的X射线闪光惊醒的,这道闪光似乎来自附近星系2MASX J02301709+2836050的中心,距离银河系大约5亿光年。它被命名为"斯威夫特 J0230",是科学家们利用尼尔-盖尔斯-斯威夫特天文台(Neil Gehrels Swift Observatory)开发的一种新工具首次发现的。他们迅速安排了对它的进一步 Swift 观测,发现它并没有像预想的那样逐渐衰减,而是会明亮地闪耀 7-10 天,然后突然熄灭,大约每 25 天重复一次这个过程。

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发生新事件的星系的光学图像,取自存档的 PanSTARRS 数据。X射线物体位于白色圆圈内的某处,大约相当于100米外针头大小。图中还显示了一颗 2 岁超新星的位置。资料来vvAiv源:Daniele B. Malesani / PanSTARRS

连接缺失的部分

在所谓的准周期性爆发和周期性核瞬变中也观测到了类似的行为,即恒星在运行到黑洞附近时,其物质会被黑洞撕裂,但它们在爆发的频率上有所不同,在爆炸主要发生在X射线还是光学光线中也有所不同。Swift J0230的辐射的规律性介于两者之间,这表明它是两种爆发类型之间的"缺失环节"。www.196nk.cn

以针对这两类事件提出的模型为指导,科学家们得出结论:Swift J0230 的爆发代表了一颗与我们太阳大小相似的恒星,它围绕着星系中心的低质量黑洞运行在椭圆轨道上。当恒星的轨道接近黑洞的强大引力时,相当于三个地球质量的物质从恒星的大气层中被扯出,并在落入黑洞时被加热。约 200 万摄氏度的高温196世界之最释放出大量的 X 射线,斯威夫特卫星首先捕捉到了这些 X 射线。

恒星盛宴:凶猛的黑洞每次经过都要吞噬三个地球质量的恒星物质

斯威夫特 J0230 爆发前(左)和爆发后(右)天空同一位置的 X 射线图像。这些图像是用斯威夫特卫星上的 X 射线望远镜拍摄的。图片来源:Phil Evans(莱斯特大学)/NASA Swift

专家见解

主要作者、莱斯特大学物理和天文学院的菲尔-埃文斯(Phil Evans)博士说196世界之最:"这是我们第一次看到像太阳这样的恒星被低质量黑洞反复撕碎和吞噬。 所谓的'重复、部分潮汐破坏'事件本身就是一个相当新的发现,而且似乎可以分为两种类型:一种是每隔几小时爆发一次,另一种是每隔一年左右爆发一次。这个新系统正好处于这两种类型之间,而且当你计算数字时,你会发现所涉及的天体类型也非常吻合"。

罗布-埃尔斯-费里斯(Rob Eyles-Ferris)博士与埃文斯博士一起负责斯威夫特卫星,他最近完成了在莱斯特大学的博士学业,其中包括研究恒星被黑洞破坏的问题。他解释说"在我们过去看到的大多数系统中,恒星都被完全摧毁了。斯威夫特 J0230 是部分损毁恒星类别中的一个令人兴奋的新成员,因为它向我们展示了已经发现的这两类天体之间的真正联系,而我们的新系统则为我们提供了缺失的一环。

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尼尔-盖尔斯-斯威夫特天文台插图。资料来源:美国国家航空航天局

期待更多发现

莱斯特大学的 Kim Page 博士参与了这项研究的数据分析工作:"鉴于我们在启用新的瞬变狩猎工具后的几个月内就发现了斯威夫特 J0230,我们预计还会有更多这样的天体等待我们去发现。"

克里斯-尼克松(Chris Nixon)博士是一位理论天体物理学家,最近刚从莱斯特大学转到利兹大学。他领导了这一事件的理论解释工作。他的研究得到了英国科技设施委员会和勒弗胡尔姆信托基金的资助。

他们估计,这个黑洞的质量大约是太阳质量的1万到10万倍,这对于通常在星系中心发现的超大质量黑洞来说是相当小的。我们银河系中心的黑洞被认为有 400 万太阳质量,而大多数黑洞的质量在 1 亿太阳质量左右。

这是利用斯威夫特卫星的新型瞬态探测器进行的首次发现,该探测器由莱斯特大学团队开发,并在他们的计算机上运行。当一个极端事件发生时,会在以前没有 X 射线的天空区域引起 X 射线爆发,天文学家称之为天文 X 射线瞬变。尽管这些瞬态事件预示着极端事件的发生,但它们并不容易被发现,至少不容易被快速发现,因此开发了这个新工具来实时寻找新型瞬态事件。

埃文斯博士补充说:"这种类型的天体基本上是检测不到的,直到我们建造了这个新设施,并很快发现了这种全新的、前所未见的事件。斯威夫特已经有近 20 年的历史了,它196世界之最突然发现了我们从来不知道的全新事件。我认为这表明,每当你找到一种观察太空的新方法时,你就会学到一些新东西,发现那里有一些你以前不知道的东西。"

国际合作与未来展望

英国航天局空间科学负责人卡罗琳-哈珀博士说:"这是世界领先的'雨燕'任务的又一激动人心的发现--每当一颗类太阳恒星的轨道足够近时,一个低质量黑洞就会'咬'它一口。"

英国航天局多年来一直与美国国家航空航天局(NASA)合作执行这项任务;英国牵头开发了两台关键科学仪器的硬件,并为斯威夫特科学数据中心提供了资金,我们将继续为该中心提供支持。 我们期待着未来斯威夫特对整个宇宙中的伽马射线暴以及导致伽马射线暴的大规模事件有更多的了解。

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