天文學家發(fā)現(xiàn)潮汐瓦解事件

天文學家們進行了長達十年的跨國合作，跟蹤觀察了一個黑洞吞噬恒星的事件，從而有可能解開早期宇宙中的星系形成之謎。

李·比林斯（Lee Billings）

利用世界各地望遠鏡收集起來的長達十年的數(shù)據(jù)，科學家們捕捉到了新的細節(jié)：一個巨型黑洞正在吞噬一顆不幸的恒星，他們觀察到這個黑洞吞噬其獵物時以接近光的速度噴出一股物質(zhì)射流。該研究成果發(fā)表在不久前出版的《科學》雜志上，有助于研究人員更加清楚地了解黑洞是如何成長的，又是如何影響星系周圍環(huán)境的。

研究論文的作者之一、西班牙安達盧西亞天體物理學研究所的米格爾·佩雷茲-托雷斯（Miguel Pérez-Torres）說：“對于黑洞吞噬恒星事件中射流的形成和演化情況，我們以前從未直接觀察到過。”

2005年1月，科學家們首先發(fā)現(xiàn)了該事件的跡象。當時，芬蘭圖爾庫大學天文學家塞波·馬提拉（Seppo Mattila）領導的一個研究小組發(fā)現(xiàn)了Arp 299內(nèi)部一個明亮的點狀紅外光源。Arp 299是一對正在合并的星系，距離地球1.5億光年。同年7月，佩雷茲-托雷斯帶領著另外一個研究小組重新分析了以前收集的資料，證實同一區(qū)域有一個強烈的無線電波源。

兩個研究小組都一直在碰撞中的Arp 299星系核心附近尋找超新星，其核心處是一個塵埃遮蓋的區(qū)域，其中充滿了氣體云團和由于正在合并而新形成的巨型恒星。起初，他們認為他們所發(fā)現(xiàn)的正是一顆超新星，這種大規(guī)模恒星爆炸在可見光和X射線波長范圍內(nèi)特別明亮。但是，由于星系Arp 299的中心被塵埃遮蓋，大部分可見光和X射線都將會被塵埃吸收，以紅外光的形式重新散發(fā)輻射，然后超新星殘骸將會發(fā)出無線電波。然而，隨后利用美國國家航空航天管理局（NASA）的斯皮策太空望遠鏡進行了觀測，結果表明這個光源太明亮了，所發(fā)出的光比一個典型的小規(guī)模星系還要明亮幾百倍。這說明，這個光源根本不是一顆超新星，而是一起潮汐瓦解事件（TDE）——一顆恒星正在被一個超大質(zhì)量黑洞撕裂。

在潮汐瓦解事件中，被撕裂的恒星大約有一半從黑洞中甩出，另一半則沉入黑洞之中，堆積在洞穴周圍，融入旋轉(zhuǎn)的發(fā)光碎片盤中，這個發(fā)光盤可能會被誤認為是超新星。然而，這次是不可能搞錯的，潮汐瓦解事件還有另外一個特征：由于強烈磁場產(chǎn)生的扭曲作用，恒星物質(zhì)雙射流就像拉斷的橡皮筋那樣，以接近光的速度從黑洞附近噴出。射流沖進彌漫于星際空間的氣體中，產(chǎn)生大量的無線電波，從地球上有可能會看到這些無線電波。因此，馬提拉、佩雷茲-托雷斯和34名另外的合作者組織了一場跨國研究行動，利用全球的射電望遠鏡網(wǎng)絡來獲取高分辨率射電源圖片，耐心地定期監(jiān)測這個射電源的大小和形狀，尋找射流的跡象。

2011年，研究人員的耐心開始得到回報——那個點狀光源開始向無線電波長靠攏，這可能是由于釋放出射流而造成的。2015年年底，點狀光源擴張為一條光帶，研究小組為其擴張的速度進行了計時，結果大約為每秒50000英里，相當于光速的四分之一。馬提拉稱，研究小組多年來對數(shù)據(jù)進行了仔細研究，對潮汐瓦解事件中的光線和射流將如何穿過塵埃遮蓋的Arp 299核心進行了認真模擬，他們得出了一個可信的解釋：“釋放的紅外光和無線電來自一顆倒霉恒星的瓦解過程，這顆恒星經(jīng)過時距離這個超大質(zhì)量黑洞太近了，正在被這個宇宙龐然大物所吞噬?！狈催^來，此次潮汐瓦解事件確定了這個相當于2000萬個太陽質(zhì)量的超級黑洞在Arp 299中心的確切位置，同時也揭示了這顆被吞噬恒星的大小——比我們的太陽大2至6倍。

馬提拉和佩雷茲-托雷斯稱：有關這個新發(fā)現(xiàn)，最令人感到驚喜的事情是，他們的的確確發(fā)現(xiàn)了潮汐瓦解事件。近年來，天文學家們發(fā)現(xiàn)并研究了幾次其他的潮汐瓦解事件，但是那些大都是根據(jù)可見光的亮度而發(fā)現(xiàn)的，而不是通過釋放的紅外光和無線電發(fā)現(xiàn)的。佩雷茲-托雷斯說：“潮汐瓦解是非常罕見的現(xiàn)象，要想發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，通常需要監(jiān)測的星系在數(shù)量上極其巨大?！彼€說道：在正在合并的星系Arp 299中發(fā)現(xiàn)了一個由塵埃遮蓋的潮汐瓦解事件，這意味著這種事件可能會更加常見于塵埃遮蓋的環(huán)境中。在相互碰撞的星系中，朝著中心部位的黑洞集中的氣體形成恒星，這種恒星可能會比較有規(guī)律地引起潮汐瓦解事件。反過來，這些潮汐瓦解事件中涌出的能量可能會產(chǎn)生深奧的影響，在星系合并過程中起到促進或抑制恒星形成的作用。

此外，馬提拉指出：在遙遠的宇宙中，在星系形成和演化的早期階段，像Arp 299這樣的系統(tǒng)更加常見。他說：“因此，我們所發(fā)現(xiàn)的這個事件可能只是冰山一角，這類隱藏的潮汐瓦解事件在宇宙年輕時期更加常見?！瘪R提拉還說道：盡管目前多數(shù)潮汐瓦解事件仍然“隱藏于塵埃之后”，但是在接下來的十年中，未來的紅外和射電天文臺或許能夠使天文學家們發(fā)現(xiàn)更多潮汐瓦解事件，能夠為他們揭開此類事件的神秘面紗，使他們穿越宇宙的時空，更加深入地研究星系群。

（胡德良譯自科學美國人網(wǎng)站）