上方艺术图描绘了超大质量黑洞正贪婪地吞噬着恒星,并抛出残渣。(图源:Carl Knox - OzGrav,斯威本理工大学ARC引力波发现卓越中心)

一波恒星残骸正向地球飞来,天文学家们判定罪魁祸首是一个遥远的黑洞。这个黑洞囫囵吞枣地“吞下”恒星,恒星的碎片飞扬在深邃的宇宙空间中。

喷流直指地球,在可见光下可以观测到黑洞对恒星的撕裂过程,天文学家称之为潮汐瓦解事件(TDE)。极端事件通常只能在伽马射线和x射线等高能光线中被检测到,而这一发现可能标志着观测该类事件的新方法。

当恒星离黑洞太近时,黑洞在引力作用下产生的强大潮汐力会将恒星撕裂。在大约1%的TED中,黑洞会从其两极喷射出等离子体和辐射。

英国莱斯特大学的天文学家尼尔·坦维尔的新研究需要使用位于欧洲南方天文台(ESO)的望远镜,他在该天文台发布的一份声明中说道:“喷射性TED十分奇特,但因为观测到的次数有限,我们对它知之甚少。因此,天文学家们一直在寻找类似的极端事件,以了解喷流是如何产生的,以及为什么只有一小部分TED会产生喷流。”

2022年2月,天文学家们观测到一起TED,并将其命名为“AT2022cmc”。当时,位于美国加州的巡天望远镜——兹维基瞬变源探测设施(ZTF),发出了监测到不寻常可见光源的警报。随后,位于智利北部阿塔卡马沙漠地区的欧洲南方天文台超大望远镜(VLT)对其进行了监测。对于天文学家来说,这是一种常见的流程:像ZTF这样的巡天望远镜会在天空中寻找短暂和极端事件的迹象,VLT这样的望远镜则可以更详细地观察,跟进事件。

AT2022cmc最初类似于伽马射线暴(GRB),这是已知宇宙中最强大的电磁辐射源,其起源仍然是个谜。多亏了这些罕见的光爆炸事件,天文学家们借此调试了各种望远镜,其中就有搭载X射线摄谱仪的VLT。总计有21台望远镜在不同波长的光线下观测到AT2022cmc事件,包括哈勃太空望远镜和国际空间站上的中子星内部成分探测器(NICER)x射线仪。

上方艺术图为黑洞吞噬恒星时产生的x射线束释放出其他类型的电磁波。(图源:Zwicky Transient Facility/R.Hurt (Caltech/IPAC))

大量数据揭示了两个奇怪的观察结果。首先,AT2022cmc的光源距离地球十分遥远,当138亿岁的宇宙只有现在年龄的三分之一时,光线就已经开始了它的旅程。其次,这次事件并非伽马射线暴。

NICER x射线仪的结果显示,该信号比迄今为止观测到的任何伽马射线爆发的余辉都强100倍。该研究的第一作者,麻省理工学院天体物理学家迪拉杰·帕沙姆在一份声明中说:“前三天的情况看起来一切正常,但当使用x射线望远镜观测时,我们发现光源太亮了。这非同寻常!”

上方艺术图描绘了超大质量黑洞正在撕裂一颗恒星,并喷出恒星残留物质形成射流。(图源:ESO/M.Kornmesser)

在全球范围内,从高能伽马射线到低能无线电波,共有21架望远镜在不同波段观测到AT2022cmc。随后,天文学家将这些数据与其他“暴力”事件的观测结果进行比较,比如恒星坍缩和被称为“千新星”的强大宇宙爆炸。

唯一与这些望远镜记录的光剖面相匹配的情况是,TDE喷流——包含以99.99%的光速移动的物质——指向地球的罕见情况。

丹麦技术大学的天文学家,该研究的合著者——乔治·莱卢达斯,在ESO的声明中说:“正因为喷流直指我们,所以这一事件比原本看起来要亮得多,而且在更宽的电磁波谱范围内可见。”

超大质量黑洞撕裂恒星的艺术图。(图源:ESO/M. Kornmesser)

帕沙姆认为,尽管如此,喷流仍然非常明亮,以至于天文学家计算出黑洞每年吃掉大约一半太阳质量的星体。他补充道:“很多这种潮汐破坏都发生在事件早期,我们能够在一开始就捕捉到,即在黑洞开始以恒星为食的一周内。”

这次TDE事件距离地球十分遥远,但这并不是AT2022cmc唯一破纪录的地方。以前,像这样的喷射TDE只在伽马射线和x射线等高能辐射中被发现,而这是第一次在可见光中看到如此猛烈的杀星事件。

因此,在可见光下观察AT2022cmc可以开辟一种全新的方式来探测这些喷射产生的TDE,从而进行更深入的研究。

BY:Robert Lea

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