科学家发现黑洞将一颗恒星撕裂

这是ASASSN-14li潮汐瓦解事件的艺术插图。

最近，三个绕地运行的X射线望远镜搜集到了黑洞撕裂一颗恒星时所发生事件的新细节。这给了科学家一个了解黑洞周围极端环境的非凡的机会。

当一颗恒星运行到离黑洞太近时，黑洞的巨大引力将会引发足以撕裂恒星的潮汐力。在被称为“潮汐瓦解”的这些事件中，一些恒星碎片以高速向外抛出，而被撕裂恒星的其他部分落入黑洞。这会产生明显的持续数年的，明亮的X射线耀斑，下面是计算机模拟的这个过程。

NASA的钱德拉X射线天文台，斯威夫特伽马射线探测器，以及ESA和NASA的牛顿卫星，分别采集到了名叫ASASSN-14li的潮汐瓦解事件中，包含了天文学难题的不同资料。ASASSN-14li最初于2014年11月被全天超新星自动化巡天(ASAS-SN)的光学搜寻所发现。

这一事件发生在一个据估计有数百万倍太阳质量的超大质量黑洞附近。这个黑洞位于PGC 043234星系的中心，该星系距离地球约2.9亿光年。这便使得该事件成为十年内发现的离地球最近的潮汐瓦解事件。

“多年以来，我们已经观测到一小部分潮汐瓦解事件，并且对于具体发生了什么产生了许多想法。”位于安阿伯的密歇根大学的乔恩·米勒说到，“这一次是我们到目前为止真正了解黑洞扯碎一颗恒星时发生事情的最佳机会。” 乔恩·米勒领导了这项论文发表在最新一期《自然》（Nature）杂志上的研究。

当恒星被撕毁之后，黑洞强烈的引力将绝大部分恒星的遗骸拉向黑洞。这部分陨落的恒星碎片被加热到数百万度温度并且产生巨大量的X射线光。X射线的激增后不久，光线随着物质落入黑洞事件视界之内而减弱。事件视界之内没有光线可以逃出。

气体常常通过在吸积盘中做椭圆盘旋的方式落向黑洞。然而这个过程是如何开始的，仍然是一个谜团。在ASASSN-14li中，天文学家得以通过在不同波长观察X射线（称为“X射线光谱”）见证这样的盘的形成，并追踪其随时间如何变化。

研究人员判断，这里产生的X射线来自于离黑洞很近，又事实上是最小的可能稳定的轨道上的物质。

“黑洞将恒星撕扯碎裂，开始很快地吞噬物质，但那并不是故事的结局。”荷兰空间研究所的共同作者杰莱·凯斯特拉说到，“黑洞不能保持这样的势头，所以它将一部分物质抛出。”

X射线数据同样意味着一种远离黑洞运动的风的存在。这种风移动的速度不够快，并不足以逃脱黑洞的引力束缚。一种对于这样的相对低速的解释是，来自瓦解恒星的气体以一个椭圆轨道围绕黑洞旋转，在其以最低速度运动时，正好在离黑洞的最大距离位置上。

“这些结果支持了我们关于潮汐瓦解事件的结构与演化的最新观点。”科尔·米勒，来自马里兰大学帕克分校的一位共同作者说，“在未来，潮汐瓦解事件可以为我们提供研究极端引力条件的实验室。”

天文学家希望寻找到更多类似ASASSN-14li的事件；他们认为这些事件可以用来检验种种理论模型，解释黑洞如何影响周围环境和任何可能离黑洞太近的东西。

这项成果被发表在《自然》（Nature）杂志10月22日一期上。