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黑洞吞手机在线直播噬恒星的新观测揭示了快速的圆盘形成

天文学与空间 2022-03-05 00:01:12

作者蒂姆·斯蒂芬斯,加州大学圣克鲁斯分校 计算机模拟一颗恒星被一个黑洞破坏,显示出一个由恒星物质螺旋进入黑洞的偏心吸积盘的形成

该模拟视频中的图像显示了磁盘形成的早期阶段

信用:杰米·劳-史密斯和恩里科·拉米雷斯-鲁伊斯 当一颗恒星离超大质量黑洞太近时,潮汐力会将其撕裂,当恒星的物质落入黑洞时,会产生明亮的辐射耀斑

天文学家研究来自这些“潮汐分裂事件”(TDEs)的光,寻找潜伏在星系中心的超大质量黑洞进食行为的线索

加州大学圣克鲁斯分校天文学家领导的新TDE观测现在提供了清晰的证据,表明来自恒星的碎片在黑洞周围形成了一个旋转的圆盘,称为吸积盘

加州大学圣克鲁斯分校的博士后研究员、第一作者冕洪说,理论家们一直在争论吸积盘是否能在潮汐扰动事件中有效形成,新的发现被接受发表在《天体物理学杂志》上并在网上公布,应该有助于解决这个问题

“在经典理论中,TDE耀斑是由吸积盘驱动的,从内部区域产生x射线,在那里热气螺旋进入黑洞,”洪说

“但是对于大多数行星探测器来说,我们看不到x射线——它们主要在紫外线和光学波长下发光——所以有人认为,我们看到的不是圆盘,而是恒星碎片流碰撞产生的辐射

" 合著者UCSC大学天文学和天体物理学教授恩里科·拉米雷斯-鲁伊斯(Enrico Ramirez-Ruiz)和香港大学的简·戴(Jane Dai)开发了一个理论模型,该模型发表于2018年,可以解释为什么尽管形成了吸积盘,但在TDEs中通常观察不到x射线

新的观察结果为这个模型提供了有力的支持

拉米雷斯-鲁伊斯说:“这是第一次明确证实吸积盘在这些事件中形成,即使我们没有看到x射线。”

“靠近黑洞的区域被一股光学上很厚的风遮住了,所以我们看不到x射线的发射,但我们确实看到了来自一个延伸的椭圆形圆盘的光

" 泄露秘密的证据 吸积盘的证据来自光谱观测

合著者瑞安·福利是UCSC大学天文学和天体物理学的助理教授,他和他的团队在2018年11月首次被ASAS超新星全天空自动勘测发现后,开始监测TDE(命名为AT 2018hyz)

2019年1月1日晚上,福利在加州大学利克天文台用3米长的谢恩望远镜观察TDE时注意到了一个不寻常的光谱

本示意图显示了2018年海兹潮汐扰动事件的紫外线和光辐射模型

随着TDE之后吸积盘迅速形成,它在小半径处产生x射线发射(黑色箭头),这只能通过垂直漏斗看到

在其他方向,x射线被光球或风重新处理,为紫外线和光发射提供能量

在光球层之外的两个不同的位置产生氢气排放:一个由后退物质连接的大椭圆圆盘(用速度进行颜色编码以显示旋转),以及一个可能由辐射驱动的风产生的宽排放线区域(BLR)(紫色阴影区域)

信用:头饰挂 “我的下巴掉了下来,我立刻知道这会很有趣,”他说

“最突出的是氢气线——氢气的排放——它有一个双峰曲线,与我们见过的任何其他TDE都不同

" 福利解释说,光谱中的双峰是由多普勒效应引起的,多普勒效应改变了运动物体发出的光的频率

在一个围绕黑洞旋转的吸积盘中,从某个角度看,一些物质将向观察者移动,所以它发出的光将被转移到更高的频率,一些物质将远离观察者,它的光被转移到更低的频率

福利说:“当赛车从你身边经过并开始离开你时,它会产生同样的效果,导致赛车在赛道上的声音从高音调变为低音调。”

“如果你坐在看台上,一个弯道上的车都在朝你开过来,而另一个弯道上的车却在远离你

在吸积盘中,气体以类似的方式围绕黑洞运动,这就是光谱中的两个峰值

" 在接下来的几个月里,该小组继续收集数据,用几台望远镜观察TDE的演变过程

洪领导了对数据的详细分析,这表明在恒星破裂后的几周内,圆盘形成的速度相对较快

研究结果表明,尽管双峰发射很罕见,但在光学检测的TDEs中,圆盘的形成可能很常见,这取决于圆盘相对于观察者的倾斜度等因素

计算机模拟一颗恒星被一个黑洞破坏,显示出一个由恒星物质螺旋进入黑洞的偏心吸积盘的形成

这个视频展示了圆盘形成的早期阶段

信用:杰米·劳-史密斯和恩里科·拉米雷斯-鲁伊斯 “我认为我们这次很幸运,”拉米雷斯-鲁伊斯说

“我们的模拟显示,我们观察到的东西对倾斜非常敏感

看到这些双峰特征有一个优选的方向,而看到x射线发射有一个不同的方向

" 他指出,洪对多波长跟踪观测的分析,包括光度和光谱数据,为这些不寻常的事件提供了前所未有的洞察力

拉米雷斯-鲁伊斯说:“当我们有了光谱,我们就可以了解气体的运动学,更清楚地了解吸积过程以及是什么推动了排放。”

除了洪、福利、拉米雷斯-鲁伊斯和UCSC团队的其他成员之外,论文的合著者还包括哥本哈根尼尔斯·波尔研究所的科学家(拉米雷斯-鲁伊斯在那里担任尼尔斯·玻尔教授);香港大学;澳大利亚墨尔本大学;卡内基科学研究所;和太空望远镜科学研究所

观测是在西太平洋的利克天文台获得的

M

凯克天文台、南方天体物理研究望远镜和智利拉斯坎帕纳斯天文台的斯沃普望远镜

这项工作得到了国家科学基金会、戈登和贝蒂·摩尔基金会、戴维和露西尔·帕卡德基金会以及海辛-西蒙斯基金会的部分支持

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