天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了有史以來(lái)從超大質(zhì)量黑洞觀測(cè)到的最大、最遙遠(yuǎn)的耀斑。綽號(hào)“超人”的耀斑起源于距地球100億光年的地方,在高峰期,發(fā)出的光閃耀著10萬(wàn)億個(gè)太陽(yáng)的亮度。
耀斑的來(lái)源是一個(gè)活躍的星系核,或 AGN——星系中心的一個(gè)明亮、緊湊的區(qū)域——它由一個(gè)積極以物質(zhì)為食的超大質(zhì)量黑洞提供動(dòng)力。氣體和塵埃落入黑洞周?chē)男D(zhuǎn)盤(pán)中,隨著碎片螺旋化得更快,它變得過(guò)熱,釋放出強(qiáng)烈的輻射。
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研究人員思考這個(gè)巨大的黑洞消耗了什么來(lái)釋放如此強(qiáng)大的耀斑。他們得出的結(jié)論是,它很可能吞噬了一顆巨大的恒星,否則這顆恒星注定會(huì)因爆炸而結(jié)束其生命。
“大約每 10000個(gè)AGN中就有1個(gè)顯示出某種耀斑活動(dòng),但這是如此極端,以至于將其歸入自己的類別(大約是百萬(wàn)分之一的事件),”加州理工學(xué)院天文學(xué)研究教授馬修·格雷厄姆在一封電子郵件中說(shuō)。格雷厄姆是周二發(fā)表在《自然天文學(xué)》雜志上的一項(xiàng)關(guān)于這種前所未有的現(xiàn)象的研究的主要作者。
耀斑表明,大型星系中心附近存在未知的巨星群,這些星系也擁有超大質(zhì)量黑洞,并揭示了兩個(gè)龐然大物之間復(fù)雜的相互作用。
超人于 2018 年 11 月首次被南加州帕洛瑪天文臺(tái)的卡塔利娜實(shí)時(shí)瞬態(tài)巡天和茨威基瞬變?cè)O(shè)施探測(cè)到。茨威基號(hào)使用寬視場(chǎng)相機(jī)掃描夜空,以使天文學(xué)家能夠發(fā)現(xiàn)瞬變或轉(zhuǎn)瞬即逝的宇宙現(xiàn)象(例如快速耀斑的超新星)而聞名。
格雷厄姆說(shuō),起初,這個(gè)物體看起來(lái)并不罕見(jiàn),只是很亮。天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這是一個(gè)耀斑,或者是一個(gè)超大質(zhì)量黑洞,在宇宙中發(fā)射高能物質(zhì)射流。
五年后,他們重新審視了茨威基調(diào)查收集的早期數(shù)據(jù),并注意到一個(gè)信號(hào),以前被認(rèn)為是一個(gè)耀斑,它的亮度一直在穩(wěn)步變化。該團(tuán)隊(duì)用夏威夷的 W. M. Keck 天文臺(tái)等其他望遠(yuǎn)鏡拍攝了后續(xù)觀測(cè)結(jié)果,結(jié)果顯示光源比最初想象的更明亮、更有能量。
他們意識(shí)到,這種光來(lái)自一個(gè)活躍的星系核,估計(jì)質(zhì)量是太陽(yáng)的5億倍。天文學(xué)家考慮了耀斑如此明亮的幾個(gè)可能原因,例如一顆大質(zhì)量恒星在黑洞周?chē)奈镔|(zhì)盤(pán)內(nèi)爆炸,然后確定最可能的原因是潮汐破壞事件——當(dāng)一顆恒星太靠近黑洞并被撕裂時(shí)。
格雷厄姆說(shuō),耀斑正在進(jìn)行中,這意味著黑洞仍在積極吞噬恒星,就像“一條魚(yú)只在鯨魚(yú)食道的一半處”。
超人的亮度峰值是任何其他已知黑洞耀斑的30倍,被黑洞吞噬的恒星的質(zhì)量至少是太陽(yáng)的 30倍。之前的潮汐擾動(dòng)事件記錄是由綽號(hào)“可怕的芭比娃娃”的 ZTF20abrbeie 創(chuàng)造的,這是由于黑洞吞噬了一顆大小是太陽(yáng)三到10倍的恒星而引起的。
“這可能是有史以來(lái)被超大質(zhì)量黑洞撕碎的最大質(zhì)量恒星,”該研究的合著者、曼哈頓社區(qū)學(xué)院天文學(xué)教授、紐約市美國(guó)自然歷史博物館天體物理學(xué)系研究員 K.E. Saavik Ford 在一份聲明中說(shuō),“這令人興奮,因?yàn)樗嬖V我們,大質(zhì)量恒星一定生活在超大質(zhì)量黑洞周?chē)臍怏w盤(pán)內(nèi)和周?chē)!?/p>
格雷厄姆說(shuō),該團(tuán)隊(duì)繼續(xù)監(jiān)測(cè)耀斑隨著時(shí)間的推移而消退——盡管與在地球上經(jīng)歷的時(shí)間相比,黑洞附近的時(shí)間流逝不同。
“這是一種由于空間和時(shí)間的拉伸而導(dǎo)致的稱為宇宙時(shí)間膨脹的現(xiàn)象。當(dāng)光穿過(guò)不斷擴(kuò)大的空間到達(dá)我們時(shí),它的波長(zhǎng)會(huì)延伸,時(shí)間本身也會(huì)延伸,“他說(shuō),“這里七年就是那里的兩年。我們正在觀察事件以四分之一的速度播放。
由于耀斑發(fā)生在100億光年外,因此光線需要100億年才能到達(dá)地球。一光年是光在一年內(nèi)傳播的距離,即9.46萬(wàn)億公里。
格雷厄姆說(shuō),通過(guò)梳理茨威基的數(shù)據(jù)并使用新的望遠(yuǎn)鏡,例如智利的維拉·魯賓天文臺(tái),也許有可能識(shí)別出更多這些罕見(jiàn)事件,這些事件表明超大質(zhì)量黑洞具有動(dòng)態(tài)環(huán)境,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)被漩渦物質(zhì)包圍的大天坑。
福特說(shuō),像這樣的耀斑揭示了星系中心附近存在令人難以置信的大恒星,并揭示了星系的結(jié)構(gòu)。“在宇宙如此早期的時(shí)期了解星系中心的恒星(有多少顆,它們是什么樣子),為我們提供了一種研究星系組裝的新方法,”她指出。
普渡大學(xué)物理和天文學(xué)副教授丹尼·米利薩夫列維奇博士說(shuō),這一發(fā)現(xiàn)代表了我們對(duì)宇宙最強(qiáng)大事件的理解的驚人飛躍。米利薩夫列維奇沒(méi)有參與這項(xiàng)新研究,但之前研究過(guò)“可怕的芭比娃娃”事件。
他在一封電子郵件中寫(xiě)道:我們?cè)?jīng)認(rèn)為“可怕的芭比娃娃”是一種奇怪的、獨(dú)一無(wú)二的異常現(xiàn)象,但這種新的耀斑更加極端,釋放的能量就像整個(gè)太陽(yáng)完全轉(zhuǎn)化為電磁輻射一樣多。
“它屬于一類新興的極端核瞬變 (ENT),這是一種知之甚少的現(xiàn)象,正在挑戰(zhàn)我們目前關(guān)于黑洞和恒星如何相互作用的模型。”
加州大學(xué)伯克利分校天文學(xué)杰出教授亞歷克斯·菲利彭科 (Alex Filippenko) 說(shuō),耀斑揭示了對(duì)黑洞生長(zhǎng)、它們?nèi)绾嗡毫迅浇阈且约八鼈兙薮蟮哪芰咳绾嗡茉熘車(chē)窍档囊?jiàn)解。菲利彭科沒(méi)有參與這項(xiàng)新研究,但他的工作為活躍的星系核物理學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
他在一封電子郵件中寫(xiě)道:“當(dāng)一個(gè)超大質(zhì)量黑洞突然爆發(fā)出明亮的耀斑時(shí),它讓天文學(xué)家能夠坐在宇宙中一些最極端的物理學(xué)的前排座位上。通過(guò)捕捉這種破紀(jì)錄的變亮,天文學(xué)家打開(kāi)了一扇了解銀河系中心極端物理學(xué)的新窗口,恒星、氣體和引力在宇宙最猛烈的實(shí)驗(yàn)室中碰撞。”
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