根据爱因斯坦的广义相对论,可以推导出宇宙中一种神秘的天体——黑洞。这种天体拥有着无限大的密度和引力,以至于光都无法逃脱。正因为黑洞的这个特点,我们可能永远也无法直接看到黑洞的本体——奇点,而是仅仅能够通过一些间接的方法证明它的存在,通过它周围的空间和物质来理解它。发现黑洞的方法之一,就是通过黑洞对周围恒星的吞噬。虽然恒星的引力也非常强,但是在黑洞面前就是螳臂当车,不值一提。任何靠近黑洞的恒星,几乎都难逃被黑洞吞噬的命运,而它的物质落入黑洞的画面就可以被我们用来证明黑洞的存在。恒星不会以一个整体的形式直接被黑洞吞噬,而是会首先在黑洞强大的引力下被撕碎。不过,恒星被撕碎的过程中到底经历了什么,以及其中的细节,仍然是科学家们研究的重点之一。理论上来说,这些被撕扯下来的碎片会在黑洞周围旋绕、形成一个圆盘状结构。但是,实际上科学家观测到的黑洞吞噬恒星的潮汐破坏过程(TDE)中,却几乎没有发现多少这种能够释放X射线
加州大学圣克鲁斯分校的天文学家Tiara Hung解释说:“根据传统的理论,潮汐破坏过程 耀斑
这一次的观测目标距离我们有6.24亿光年,位于一个名叫2MASS J10065085+0141342的星系中心。和其他大部分星系一样,这个星系的中心也有一个超大质量黑洞在的时候,科学家们首次在这里发现了异常情况,认为它正在吞噬一颗恒星。研究人员非常兴奋,把握住了这次良机,在多个波段对这次潮汐破坏事件进行了观测,并且给它命名为AT hyz。通过观测数据可以计算得出,这个超大质量黑洞大约相当于太阳质量的几百万倍。正是它的强大引力,干扰了恒星的运行,最终将恒星吞噬。在获得的光谱中,研究人员发现了不同寻常之处,那就是被称为巴尔末发射谱线的双峰,这是氢原子中电子向较低能级跃迁的特征。加州大学圣克鲁斯分校的天体物理学家Ryan Foley首先发现了这个谱线,他形容说:“我简直惊掉了下巴,并且马上意识到其中耐人寻味之处。最值得注意的就是氢线——氢的发射谱线——它所拥有的双峰轮廓与任何其他潮汐破坏事件都大不相同的。”
我们知道,宇宙中有一种超大质量黑洞,被称为活跃星系核。而在活跃星系核中,这种巴尔末发射谱线的双峰就是黑洞吸积盘的证据。通过这些光谱和多普勒效应,我们还可以判断其运动特征。比如:当物体靠近我们移动时,其波长就会变短,频率变高,在光谱上就是向蓝色的方向移动,也就是所谓的蓝移;反之,如果物体在远离我们,其波长会变长,频率降低,在光谱上表现为向红色方向移动,也就是所谓的红移。如果一个黑洞的吸积盘平行于我们或者与我们的视线夹角比较小,那么我们就可以发现其中一侧出现红移的现象,另一侧出现蓝移的现象。那么,我们就可以判断这个吸积盘的旋转方向——红移那一侧在远离我们,蓝移的那一侧在靠近我们。比如你看到一个黑洞右侧的吸积盘出现红移,左侧出现蓝移,那么从俯视的角度看,吸积盘就是在逆时针旋转。同时,通过红移和蓝移的程度,科学家们还能计算其旋转的速度。
(图片说明:红移和蓝移的示意图)加州大学圣克鲁斯分校的天体物理学家Enrico Ramirez-Ruiz兴奋地说说:“这是抄袭破坏事件中吸积盘能够形成的第一个铁证,虽然我们没有直接观测到X射线…我觉得我们这一次太幸运了,模拟数据表明:我们想要观测的现象对倾角有着很精细的要求。只有特定的方向才能让我们看到双峰,而另一个方向才能让我们看到X射线发射光谱。”恰恰是由于这次事件近乎完美的倾角,让我们证明了黑洞吞噬恒星的过程中的确伴随着X射线的出现,并且可以借此来了解吞噬的过程。研究团队在接下来的几个月时间里继续对AT hyz进行了不同波段的观测,并且与其他抄袭破坏事件及模拟过程进行了对比和分析。
他们指出:这些吸积盘是由被吞噬恒星原始质量的5%所组成。虽然恒星的质量非常惊人,但仅仅需要一个月的时间,这5%的部分就会被撕碎,形成巨大的吸积盘。除了加州大学圣克鲁斯分校的团队之外,苏格兰爱丁堡大学天文学家Phil Short所领导的一支团队也同样独立研究得到了相同的结论,这意味着他们很可能是正确的,并且互相验证了结果。不过,这不意味着所有的谜题都得到了解答。Short表示:他们发现双峰仅仅持续了很短的时间,然后就消失了,目前他们还找不到理由来解释这个现象。两个团队的科学家们也都呼吁其他人关注类似的事件,从而破解这些谜团。
黑洞吞噬恒星的现象虽然不太可能发生在太阳系,但这些极端事件对于我们验证一些高深的物理理论来说非常重要。就像引力波只能通过双黑洞、双中子星合并这样的事件来检测一样,黑洞吞噬恒星很可能也隐藏着我们还不知道的物理理论。这些理论也许现在用不上,但是当我们突破太阳系的时候,也许它就是我们最有力的武器。