臺北市立天文科學教育館

最近被黑洞吞噬的一顆漫遊恆星可能有助於科學家了解更複雜的黑洞進食行為。

NASA多台望遠鏡最近觀測到一個巨大的黑洞撕裂了一顆離得太近的恆星。它位於距離地球約2.5億光年的另一個星系中心，是迄今為止觀察到的黑洞摧毀近距離恆星的第五個例子。

一旦恆星被黑洞的引力徹底撕裂，天文學家發現黑洞周圍的高能X射線急劇增加，這表明當恆星物質被拉向黑洞時，它在黑洞周圍形成了一個極熱的光暈。NASA的NuSTAR（Nuclear Spectroscopic Telescopic Array）衛星是能夠觀測到這些波長最靈敏的太空望遠鏡，該事件提供了光暈形成和演化前所未有的視角，此研究發表在《Astrophysical Journal》。

這項研究展示了黑洞對恆星的破壞，稱為潮汐瓦解(tidal disruption)，可以用來了解這些被黑洞巨獸捕獲的物質在被完全吞噬之前會發生什麼事。

科學家可以研究的大多數黑洞都被熱氣包圍，這些熱氣累積了多年，有的甚至是幾千年，並形成了數十億英里寬的圓盤。在某些情況下，這些圓盤比整個星系還亮。即使在這些明亮的光源周圍，尤其是在不太活躍的黑洞周圍，一顆被撕裂的恆星也會很突出。從開始到結束，這個過程通常只需要幾週或幾個月的時間。潮汐瓦解過程的可觀測性和短持續時間使它們對於天文學家來說特別有吸引力，他們可以梳理黑洞的引力如何作用在它周圍的物質身上，創造出令人難以置信的燈光秀和新的物理特徵。

該研究的共同作者、巴爾的摩STScI(Space Telescope Science Institute)天文學家Suvi Gezari表示：潮汐瓦解是一種宇宙實驗室，它們是我們”即時”觀察潛伏在星系中心的巨大黑洞之窗口。

一個令人驚訝的信號

新研究的焦點是一個名為AT2021ehb的事件，該事件發生在一個中心黑洞質量約為太陽質量1000萬倍（大約是保齡球和鐵達尼號之間的差異）的星系中。恆星離黑洞最近的一側比離黑洞遠的一側受到的拉力更大，將整個恆星撕裂，只留下一團長長的熱氣。

在這種情況下，熱氣會在黑洞周圍翻騰，互相碰撞。這被認為會產生衝擊波和向外流動的氣流，從而產生可見光，以及人眼不可見的波長，例如紫外線和X射線。然後熱氣開始”沉降”到一個圍繞黑洞旋轉的圓盤中，就像水在排水管旋轉一樣，熱氣摩擦產生低能X射線。就AT2021ehb而言，這一系列事件僅發生了100天。

該事件於2021年3月1日由位於南加州帕洛瑪天文台的Zwicky Transient Facility (ZTF) 首次發現。隨後，NASA的Neil Gehrels Swift Observatory衛星和Neutron star Interior Composition Explorer (NICER)太空望遠鏡（觀測的X射線波長比前者更長）對其進行了研究。

然後，在首次發現該事件大約300天後，NASA的NuSTAR開始對該系統進行觀測。當NuSTAR探測到光暈時，科學家們感到很驚訝，光暈為一團熱電漿，因為光暈通常伴隨著從黑洞向相反方向流動的氣體噴流出現。然而，AT2021ehb 潮汐瓦解事件，沒有噴流，這讓觀測到光暈出乎意料。光暈發射的X射線能量比黑洞的任何其他部分都高，但是科學家們不知道熱電漿從何而來，也不知道它究竟是如何變得如此熱。

加州理工學院Yuhan Yao表示：我們從未見過在沒有噴流存在的情況下，發生像這樣的X射線潮汐瓦解事件，這意味著我們有可能解開導致噴流和產生光暈的原因。我們對AT2021ehb的觀察結果與磁場形成光冕有關之觀點一致，我們想知道導致磁場變得如此強大的原因。”

Yao還領導尋找更多由ZTF發現的潮汐瓦解事件，然後用Swift、NICER和 NuSTAR等望遠鏡觀察它們。每一次新的觀察都提供了新的見解，以確認在 AT2021ehb和其他潮汐瓦解事件中觀察到的現象。(編譯 / 施欣嵐)

資料來源：NASA