《天文学家发现超大双黑洞潮汐引力瓦解恒星事件》

  • 来源专题:空间引力波探测领域
  • 编译者: yanyf@mail.las.ac.cn
  • 发布时间:2020-12-02
  • 近日,由安徽师范大学、中国科学院国家天文台、中国科学技术大学、广州大学、中国科学院上海天文台、中山大学以及北京大学的科研人员组成的研究团队,在一个河外星系中发现了一对互相绕转的超大质量双黑洞吞噬恒星的罕见天文现象。这是天文学家迄今为止在正常星系中发现的第二例超大质量双黑洞绕转系统。该研究成果近日在线发表于国际科学期刊《自然·通讯》(Nature Communications)。

      黑洞是宇宙中极其致密的天体,以至于进入其事件视界的所有物质包括光线都无法逃脱。目前普遍认为,几乎在每一个大质量星系的中心都存在一个超大质量黑洞。

      根据现有等级成团星系演化理论,宇宙中应存在大量的超大质量双黑洞系统。然而,即便是经过了30多年的研究,天文学家仅在少数几个活动星系中找到了超大质量双黑洞。如何寻找和探测超大质量双黑洞系统是当今物理学和天文学最重要的前沿问题之一。

      当一颗恒星运动到太靠近黑洞的位置时,会被黑洞产生的强大潮汐引力撕裂瓦解,进而被黑洞吞噬,同时释放出短暂的剧烈电磁波辐射,称为黑洞潮汐撕裂恒星事件。因此,可以通过探测星系中心的X-射线或紫外/光学闪耀信号,来窥视黑洞如何影响周围物质的行为。

      理论计算表明,当一颗恒星被互相绕转的超大质量双黑洞系统中的一个黑洞潮汐撕裂,进而被它吞噬,会产生X射线闪耀;另一个黑洞的引力会间歇性阻断被瓦解的恒星碎片被前一个黑洞吞噬,导致X射线闪耀急剧变暗进而恢复亮度。

      该研究团队通过分析美国航天局Swift卫星和欧洲空间局XMM-Newton卫星观测资料,在一个约26亿光年之外的星系中成功发现了理论预言的这一现象(急剧变暗和可重复的X射线闪耀现象),给出双黑洞吞噬恒星的强烈观测证据。

      这是继我国学者北京大学刘富坤团队发现首例双黑洞吞噬恒星事件后,天文学家发现的第二例此类罕见天文现象,对揭示正常星系中休眠双黑洞的分布、构建黑洞潮汐撕裂恒星的全景演化图像、检验现有的引力理论、以及为下一代引力波探测器提供有效波源具有重要意义。

相关报告
  • 《我国科学家发现宇宙中锂丰度最高恒星》

    • 来源专题:中国科学院亮点监测
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2018-10-15
    •         8月7日,国际期刊《自然-天文》(Nature Astronomy)在线发表我国天文学家的一项重大发现,以中国科学院国家天文台科研人员为首的团队依托大科学装置郭守敬望远镜(LAMOST)发现一颗奇特天体,它的锂元素含量约是同类天体的3000倍,这是目前人类已知锂元素丰度最高的恒星。   锂元素是连接宇宙大爆炸、星际物质和恒星的关键元素,一直以来它在宇宙和恒星中的演化都是天文领域的重要课题,然而当代天文学对锂元素的理解还具有很大局限性。富含锂元素的巨星十分稀有,但在揭示锂元素起源和演化上却具有重要意义。遗憾的是,过去30余年天文学家只发现极少量此类天体。   随着LAMOST落成和巡天计划的开展,其海量恒星光谱观测能力在天文基础研究中逐渐发力,在此次科学发现中发挥了至关重要的作用。这颗新发现的富锂恒星来自于银河系中心附近的蛇夫座方向,位于银河系盘面以北,距离地球约4500光年。国家天文台博士闫宏亮、研究员赵刚、研究员施建荣等人在取得这一重要发现的同时,与来自中国原子能科学研究院、北京师范大学等院所高校的科学家合作,对这颗奇特恒星开展了深入研究。他们发现,这颗恒星的锂元素很可能来自恒星内部的一种特殊的物质交换过程,并结合美国自动行星搜寻者望远镜(APF)的高分辨率光谱和中国原子能科学研究院最新的原子数据,通过模拟再现其内部经历的变化,从而对这颗恒星的锂元素丰度给出合理的解释。   这一发现改变了人类对天体中锂元素的认知,将国际上锂含量观测极限提高了一倍。同时,这项研究在理论上对锂元素合成和现有恒星演化理论提出了独树一帜的新观点。   这一成果是我国大型科学装置在前沿基础学科取得突破性进展的又一实例,也是基础研究领域跨学科深入推进合作研究的一次成功尝试。
  • 《ESO的观测揭示了宇宙黎明时黑洞的早餐》

    • 来源专题:生物安全网络监测与评估
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2019-12-25
    • 天文学家使用欧洲南方天文台的超大望远镜观测到宇宙中一些最早星系周围的冷气层。这些气体晕是这些星系中心超大质量黑洞的完美食物,它们现在被认为是超过125亿年前的样子。这种食物储存也许可以解释为什么这些宇宙怪物在宇宙历史上被称为宇宙黎明的时期长得如此之快。 “我们现在能够证明,第一次原始星系有足够的食物在他们的环境中维持超大质量黑洞的增长和激烈的恒星形成,”埃保罗·法里说,海德堡马克斯-普朗克天文研究所的德国,领导这项研究发表在《天体物理学杂志》上。“这为天文学家正在构建的宇宙结构是如何在120多亿年前形成的这个谜题增加了一个基础的部分。” 天文学家一直想知道,超大质量黑洞是如何在宇宙历史的早期发展到如此之大的。法里纳说:“这些早期怪物的存在是一个大谜团,它们的质量是我们太阳质量的数十亿倍。这意味着第一个黑洞,可能是由第一批恒星的坍缩形成的,一定成长得很快。但是,到目前为止,天文学家还没有发现足够多的“黑洞食物”——气体和尘埃——来解释这种快速增长。 更复杂的是,先前对ALMA的观测,即阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列,揭示了这些早期星系中大量的尘埃和气体,它们加速了恒星的形成。这些阿尔玛的观测结果表明,黑洞的食物可能所剩无几。 为了解开这个谜团,法里纳和他的同事们使用位于智利阿塔卡马沙漠的ESO超大望远镜上的MUSE仪器来研究类星体——由位于大质量星系中心的超大质量黑洞提供能量的极其明亮的物体。这项研究调查了31个被认为是超过125亿年前的类星体,当时宇宙还处于婴儿期,只有大约8.7亿年的历史。这是类星体在宇宙早期历史中最大的样本之一。 天文学家们发现,12个类星体被巨大的气层所包围:从中心的黑洞向外延伸10万光年的冷而稠密的氢气晕,其质量是太阳的数十亿倍。来自德国、美国、意大利和智利的研究小组还发现,这些气体晕与星系紧密相连,为维持超大质量黑洞的生长和恒星的形成提供了完美的食物来源。 这项研究之所以成为可能,要归功于多单元光谱探测仪MUSE对ESO的VLT具有极高的灵敏度。法里纳表示,这是类星体研究中的“游戏规则改变者”。他补充道:“在每一个目标几小时内,我们就能够深入到年轻宇宙中存在的最庞大、最贪婪的黑洞的周围。”虽然类星体很明亮,但它们周围的气层却很难观察到。但是缪斯望远镜能够探测到光环中微弱的氢气辉光,这使得天文学家们最终能够发现在早期宇宙中为超大质量黑洞提供能量的食物储藏。 在未来,ESO的超大望远镜将帮助科学家揭示更多关于大爆炸后最初几十亿年的星系和超大质量黑洞的细节。“有了ELT的力量,我们将能够更深入地探索早期宇宙,找到更多这样的气体星云,”法里纳总结道。 ——文章发布于2019年12月19日