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黑洞不论大小辈分,“吃相”都一样!

当一个超大质量黑洞吞噬一颗恒星时,它表现出的特性与比它小得多的恒星质量黑洞如出一辙。

2018年9月9日,天文学家们利用全天超新星自动探查项目(ASASSN)在8.6亿光年之外捕捉到了一个闪现的耀斑信号。他们随后确定,该耀斑由一个质量约为太阳5000万倍的超大质量黑洞的潮汐破坏事件(tidal disruption event)导致。这个黑洞被命名为“TDEAT2018fyk”。

欧洲南方天文台(ESO)、英国剑桥大学、美国麻省理工学院等科研机构的研究人员在利用多台望远镜观察该天文事件后惊讶地发现:不同大小的黑洞在吞噬物质时的表现和特征十分相似。这颗通常情况下很安静、但引力极强的巨型天体突然苏醒后,吞噬了一颗经过的恒星。当恒星碎片落入其中时,黑洞便以光的形式释放出巨大能量。他们在《天体物理学杂志》中发文表明,吸积作用(即黑洞在消耗物质时的演化方式)与黑洞的大小无关。这也是科学家第二次从头到尾完整地捕捉到日冕的形成过程。

论文作者、麻省理工学院卡弗里天体物理和空间研究所的研究科学家Dheeraj“DJ”Pasham介绍道:“我们已经证明,如果你看到了一个黑洞,那就等同于你认识了所有黑洞。在某种意义上,当你向它们抛出气体球时,它们的反应都差不多。就吸积作用而言,它们属于同一种‘野兽’。”

当质量约为太阳10倍的小恒星质量黑洞发出一束光时,这通常是对来自伴星的流入物质所产生的反应。这种辐射爆发现象造成了黑洞周围区域的特殊演化。当恒星物质被吸进黑洞时,黑洞从静止状态过渡到吸积盘控制下的“软”阶段。随着物质流入量的减少,黑洞会再次转入“硬”阶段,由白热的日冕接管。最终,它将回到稳定的静止状态,整个吸积周期可以持续几周到几个月不等。

几十年来,物理学家们曾在多个恒星质量黑洞中观察到过这种特征的吸积周期。但对超大质量黑洞而言,该过程需要很长时间才能被完全捕捉,因为这些庞然大物通常是“食草动物”,在星系中心区域缓慢地吸食气体。

据估计,该黑洞以潮汐方式扰乱了一颗太阳大小的恒星。在该过程中,黑洞上出现了一个巨型吸积盘,大约120亿千米宽,并释放出约40000开尔文(超过70000华氏度或38871摄氏度)的气体。随着吸积盘变得越来越黯淡,一个致密的高能量X射线日冕便成为黑洞周围的主导相位,直到吸积盘最终消失。

Pasham指出:“人们已经知道这种周期会出现在恒星质量黑洞上,它们的质量只有太阳的10倍,而现在我们看到的这个黑洞的规模还要大近500万倍。”

论文第一作者、欧洲南方天文台研究员的Thomas Wevers评论道:“这种潮汐破坏事件为我们提供了一个窗口,以了解与超大质量黑洞接近的复杂天体结构的形成过程,比如吸积盘和日冕。”

科界原创

编译:朱明逸 审稿:西莫责编:陈之涵

期刊来源:《天体物理学杂志》

期刊编号:0004-637X

原文链接:https://news.mit.edu/2021/supermassive-black-holes-stellar-mass-0514

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