天文学家观测到2.15亿光年外超大质量黑洞潮汐瓦解恒星的全过程

天文学家利用欧洲南方天文台位于智利帕拉纳尔的超大型望远镜观测到位于波江座的一个螺旋星系里的一个超大质量黑洞潮汐瓦解并吞噬恒星的全过程。

该天文学事件发出的闪光最早在2019年9月19日被位于美国加州帕洛马山天文台的兹威基瞬变探测器捕捉到,随即天文学家马上把多个包括可见光、射电、紫外线、X射线在内的多个波段的地面和太空望远镜同时对准该天区进行联合观测。

辐射点来自波江座一个编号为2MASXJ04463790-1013349的螺旋星系的中心,很快被确定为一起超大质量黑洞的潮汐瓦解事件,事件被编号为AT2019qiz,而事件的元凶就是该星系中心的黑洞。

上图的比例尺为5000秒差距,1秒差距相当于3.261光年,即约16300光年,所以这个星系的直径目测大约只有32600光年,属于比较小的螺旋星系。该黑洞就位于图中中央的核球中心上。左边旋臂上的蓝色恒星估计是银河系内的恒星。该星系距离我们约66百万秒差距,即约2.15亿光年,在目前在光学波段探测到的所有潮汐瓦解事件中是距离地球最近的一起。

AT2019qiz就发生在上图左下角星图红点处和上图星空正中央处。在接下去的6个月,天文学家在多个波段下进行了持续的观测,地面位于智利帕拉纳尔的超大型望远镜在光学波段的观测中发挥了重要作用。

据分析,该黑洞的质量约为太阳的100万倍,属于超大质量黑洞,这样的黑洞一般存在于星系的中心,被瓦解的恒星质量跟太阳差不多,属于比较小的。由于距离相对较近,时间能在潮汐瓦解的较早期就被发现,在随后的20天,潮汐瓦解产生的耀斑原来越明亮,在1月8日达到峰值,瞬间释放的能量大约是太阳的100亿倍!不过随着恒星的瓦解释放的巨大能量,产生强大的包含气体尘埃的物质冲击波,以大约10000km/s的速度高速向外扩散,这对潮汐瓦解事件产生了遮挡,导致后续的观测困难。

不过科学家还是持续进行了约6个月的观测,直到AT2019qiz在所有观测波段中消失。据分析,在整个潮汐瓦解过程中,恒星质量损失了大约一半,被强大的爆发和辐射带走,剩下的质量会形成绕黑洞旋转的吸积盘,慢慢成为黑洞的午餐。

你可能会问,这可怕的事情是怎么发生的?其实如果看过关于黑洞的科普的同学都会听说过黑洞把人拉成意大利面条的故事,不过为了支持本土美食,我一般是会说拉成兰州拉面的(^_^)。由于黑洞巨大的质量蜷缩在一个细小的区域,对于一个恒星级的黑洞(100倍太阳质量以内),其半径最大仅300km左右,却包含了巨大的质量,这导致其表面,即视界面附近的引力异常巨大,同时由于半径较小,引力梯度异常巨大,使靠近它的任何物体在很小的尺度内即产生巨大的引力差,这就是所谓的潮汐力。如果是一个人脚朝下靠近黑洞,巨大的引力差将导致他的脚部的引力加速度远大于头部,巨大的速度差瞬间就能把他扯成兰州拉面!是不是很形象(^_^)。

然而AT2019qiz中的黑洞是个100万倍太阳质量的超大质量黑洞,其视界半径达300万公里(按史瓦西黑洞半径算),并不小了,由于黑洞半径与质量成正比,而引力跟半径平方成反比。因此,黑洞质量越大,其表面引力会越小,而半径越大则引力梯度也越小,也就是说越大的黑洞,其潮汐力会越小,所以其实对于人来说,靠近这100万倍的黑洞大概是不会被拉成兰州拉面的。

不过这次是一个与太阳质量相当的恒星,按照太阳的直径达139.2万公里,其两端的引力差将足够大,导致它比人更容易被扯碎。根据科学家计算,这个恒星大约运行到距离中心黑洞7000万公里处,就会被黑洞的潮汐力瓦解,慢慢拉成兰州拉面,成为一个绕黑洞旋转的吸积盘并被黑洞吞噬,这个过程会释放巨大的能量。

最后来一张黑洞吸收蓝巨星的艺术想象图吧。我是星宇飘零,欢迎点击关注,我会为你解读更多最新科学新发现。