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休眠黑洞“死而复生”:将一颗恒星撕成碎片
导读:北京时间6月27日消息,超大质量黑洞是宇宙中质量最大的天体之一,它们的巨大引力就像胶水一样,将整个星系联结在一起。但大部分的超大质量黑洞实际上是处于休眠状态之中的。

休眠黑洞“死而复生”:将一颗恒星撕成碎片(1)

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北京时间6月27日消息,超大质量黑洞是宇宙中质量最大的天体之一,它们的巨大引力就像胶水一样,将整个星系联结在一起。但大部分的超大质量黑洞实际上是处于休眠状态之中的。

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但天文学家近日发现,有一个休眠中的黑洞竟然“死而复生”,并且表现得十分狂暴,将一颗离得过近的恒星撕成了碎片。

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这一过程中释放出了大量X射线,让研究人员首次得以对休眠中的黑洞进行详细的观察。

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通常来说,休眠中的黑洞不会发出任何光线或辐射,因为它们没有吞噬物质。人们只能靠这些黑洞周围恒星的运行规律,间接地观察到它们。

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但美国马里兰大学和密歇根大学的天文学家近日观察到,在超大质量黑洞Swift J1644+57周围,有一些X射线在一堆圆盘形的废墟周围来回反弹。

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这个超大质量黑洞位于天龙座的一个小型星系中央,距地球约38亿光年。它似乎刚从休眠状态中恢复了活力,摧毁了一颗恒星。在黑洞吞噬了这颗恒星之后,恒星剩下来的部分在黑洞周围形成了一个吸积盘(accretion disk),被恒星撕碎时发出的X射线所照亮。

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此次研究的主要作者,马里兰大学的天文学家艾琳?卡拉博士(Dr Erin Kara)说道:“在发现这一现象之前,一直没有清晰的证据说明,我们观察到了吸积盘最靠里面的区域。我们原本以为这些辐射来自于朝向我们的黑洞喷流,或者位置要更偏远些,不在中央黑洞附近。而最新的这次研究说明,我们观察到的X射线其实非常靠近中央黑洞。”

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当恒星太过靠近一个休眠的黑洞时,就会被黑洞撕碎,这种现象名叫潮汐瓦解事件(tidal disruption event)。这一事件发生时,有时会被发出的X射线所照亮。

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而周围的碎片圈就像手电筒灯泡周围的反射层一样,将释放出的辐射反射出去,并聚焦于一点。

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卡拉博士指出:“大多数潮汐瓦解事件并不会释放出这么多的高能X射线。但到目前为止,已经至少发生了三次这样的事件,只不过这是第一次在高潮阶段就被我们观察到的事件。”

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长时间以来,天文学家一直认为,在潮汐瓦解事件期间,高能X射线是在黑洞外面的相对论喷流中产生的,即由黑洞喷射出的、速度接近光速的高能粒子束。

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但天文学家这次却观察到了X射线在吸积盘内部四处反弹,为上述假设提供了新的视角。

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该研究团队利用X射线反射测绘技术,绘制出了吸积盘的内部图像,原理类似于利用声波的回声延迟时间来绘制海床或峡谷地图。

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研究人员们通过计算得出,从吸积盘中不同区域铁原子上反射回来的X射线信号的到达时间之间存在轻微的延迟。

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卡拉博士说道:“打个比方,我们知道在大音乐厅中,声音是如何产生回声的。既然我们已知声音的速度,我们就可以利用回声的延迟状况,计算出音乐厅的形状。”

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“用X射线绘制吸积盘内部图像也是同理。这是一种全新的技术,目前才发展了6年时间。”

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到目前为止,天文学家对超大质量黑洞的了解大部分来自于目前仍在吸收和吞噬物质的活跃黑洞。但业界认为,这些黑洞只占到了宇宙中全部超大质量黑洞的10%。

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此次研究的共同作者、马里兰大学的天文学家克里斯?雷诺兹教授(Chris Reynolds)说道:“弄清宇宙中全体的黑洞数量是很重要的。”

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“黑洞在宇宙的演变过程中扮演了重要的地位。因此即使它们现在处于休眠状态,它们以前也并非如此。”

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“如果我们只关注活跃状态的黑洞的话,我们获取的样本也许会存在很大的偏差。这些黑洞的旋转情况和质量可能都比较接近。因此我们必须对全体黑洞进行研究,才能保证结果不出现偏差。”

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“利用反射测绘技术研究潮汐瓦解事件也许能帮助我们在将来探索黑洞的旋转情况。”

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“不仅如此,我们还能对这样的事件进行追踪,观察当黑洞回到休眠状态时,吸积盘是如何停止转动、能量是如何消散的。”

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“这些状态此前只在教科书中描述过,也许今后我们终于能亲眼观察到它们了。”

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