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超大质量黑洞如何吞噬恒星?你将看到整个过程

时间:2017-07-24 01:43来源:星点 作者:幻灭 点击:

  来历:环球迷信微信大众号

  得益于新的大视场巡天项目,地理学家现在不妨完美地见证黑洞“进食”恒星的整个历程。当一颗倒霉的恒星发觉在一个超大质量黑洞左近时,强烈的潮汐力会将恒星撕成碎片。这些碎片会变成吸积盘,缓慢坠入黑洞,这一历程收回的辐射就像恒星的“临终陨泣”,会使先前休眠的黑洞暂时变得比星系中的整个恒星都要亮,成为宇宙中最明亮的焰火。

  撰文 S·布拉德利·岑科(S·Brpostley Cenko)

  尼尔·格雷尔斯(Neil Gehrels)

  翻译 董燕婷?李东悦

  审校 苟利军

  在银河系和其他实在每一个大星系的中间,都潜藏着一个深层的宇宙奇奥——一个超大质量黑洞。这些天体把数百万至数十亿个太阳的质量紧缩到比太阳系还小的区域内,它们是如此奇妙,以至于看起来非常神秘。还没有迷信家能够解释,天然界是如何将这么多精神紧缩到如此小的空间中。但不妨确定的是,超大质量黑洞伸出了有形的“引力之手”,以深切而微妙的方式影响周围星系的变成。迷信家希望经历琢磨这些幽魂般的黑洞的生长及行为,揭开星系出世和演化的秘密。

  但题目是,超大质量黑洞不发光,它们大部门时间都在休眠,我们看不见。惟有当它们“进食”时,才会复苏过去,但超大质量黑洞的食物极端少有,由于环绕它们旋转的大大都气体、灰尘和恒星都待在牢固的轨道上,超大质量黑洞根柢吃不到。广东好日子鹰高手论坛。它们总是很饥饿,每当有数量可观的东西恰巧掉入时,超大质量黑洞就会“狂妄进食”,这一形象从非常非常远的场所就能看到。

  在过去半个世纪的大部门时间里,迷信家主要经历观测类星体来琢磨这类正在享用盛宴的黑洞。类星体在1963年由地理学家马腾·施密特(Mawaysen Schmidt)发现,它们是活动星系的超亮中间,每一个都比数十亿个太阳还亮,非论你处在宇宙的哪个角落,都不妨观测到它们。当大批气体尘埃冲向一个超大质量黑洞,绕黑洞转动时,会发热发光,持续数十万或数百万年,在这个期间就被以为变成了类星体。

  但是,类星体并不是意向的琢磨对象。它们是一些极端变乱,通常都相当辽远且绝对有数,其生命周期只组成了超大质量黑洞平生的一小部门。于是乎,它们提供的视角很无限,地理学家无法由此获知我们星系的超大质量黑洞普通是如何“进食”和生长的。我不知道003344广东鹰坛论坛.。固然琢磨人员还可观测环绕超大质量黑洞快速转动的恒星,经历计算恒星的速度来琢磨它们,但这种步骤只适用于非常近的天体——歧位于银河系和临近星系中的天体,惟有在这个范围内,现在的望远镜才不妨诀别出单个恒星。

  1988年,英国地理学家马丁·里斯(Mwaysin Rees)提出了琢磨超大质量黑洞的第三种步骤——直到最近,这种步骤才真正显示出了它的优越性。地理学家不妨经历探寻来历于黑洞左近长久而明亮的光线来琢磨黑洞。这类发作被称为 潮汐崩溃变乱(tidhas disruption event,TDE),当一个超大质量黑洞吞噬一颗倒霉的恒星时就会发生。潮汐崩溃变乱会持续几个月而非几千年,琢磨人员不妨完美地见证从“进食”发端至结束的整个历程,并且在这个历程中黑洞周围足够明亮,不论是发生在左近还是辽远的星系中,我们都能够观测到。

  潮汐力崩溃恒星

  潮汐崩溃变乱非常剧烈,远非海岸边冲走游客浴巾的潮水能比。不过,两者在原理上有相同之处。地球上的潮汐主要由月球的引力拖拽惹起,即在贴近月球的一侧,地球遭到的拉拽更强。月球对地球远端和近端的引力差被称为潮汐力。在地球朝向月球的一侧,潮汐力会产生一个高潮,有点变态的是,它也会在相同的一面产生一个高潮,看看深圳好日子高手论坛。当然潮汐力也会产生一个相应的高潮,不过是在与地月轴线的夹角为90度的场所。当一颗恒星在一个超大质量黑洞左近时——可能是被左近另一颗恒星的引力推到那里的——强烈的潮汐力不妨将它撕成碎片。

  这颗恒星将以哪种方式消亡,取决于恒星和超大质量黑洞的大小。一个小而致密的天体,例如白矮星,拒抗潮汐力的能力远比一个更大、更疏松的类太阳恒星强,这肖似于一个保龄球比一团棉花糖更难撕裂。最大的超大质量黑洞具有数十亿倍太阳质量,它们太大了,大到无法惹起潮汐崩溃变乱——在潮汐力撕裂恒星之前,它们就仍旧吞噬了整个恒星。相同,数百万个太阳质量的黑洞周围的潮汐力将会撕裂距它约5000万千米(约为水星与太阳的间隔)内的大大都恒星。

  固然撕裂一颗恒星这样的大周围变乱仍旧够宏伟了,但这还只是一场烟花献艺的发端。在恒星被撕裂之后,碎片将疏散开,逐渐偏离恒星的原始轨道。基础轨道力学指出,大约一半的碎片将被排出,摇钱树心水论坛。成为从黑洞左近流出的纤长细丝,学会超大质量黑洞如何吞噬恒星?你将看到整个过程。而另一半则回旋黑洞,变成一个吸积盘 ——一种缓慢落入黑洞的螺旋环组织。当吸积盘的精神落入黑洞时,会加快至接近光速,并在引力和冲突力的紧缩和加热下,温度不绝降低,在接近250 000℃时会发端发光。在几周或几个月的时间内,一次典型的潮汐崩溃变乱将招致先前休眠和看不见的黑洞暂时比星系中的整个恒星都要亮。

  宇宙中最亮的焰火

  固然实际学家在几十年前就预言了潮汐崩溃变乱的保存,但直到20世纪90年代和21世纪初,地理学家才真正瞻仰到这一形象。之所以花了这么长时间才瞻仰到,是由于潮汐崩溃变乱非常稀有——据推测,在银河系这样的星系中,每10万年才发生一次潮汐崩溃变乱。这类变乱也很难观测到。单纯的实际模型注脚,潮汐崩溃变乱中,吸积盘的发光峰值该当在电磁光谱上所谓的软X射线或远紫外部门。但由于星际尘埃和地球大气的滋扰,迷信家难以从空中上对这个波段实行观测。

  异样的模型还注脚,地理学家不妨愚弄潮汐崩溃变乱对黑洞质量实行绝对无误的推测。质量是一个关键数据,不妨帮手地理学家解释黑洞的大小是如何影响自己行为及所在星系环境的。要丈量黑洞的质量,地理学家只需单纯 测定潮汐崩溃变乱抵达峰值亮度所花的时间(它暴露了吸积盘变成和黑洞“进食”的速度)。广东好日子心水主论坛。潮汐崩溃变乱是如此明亮,琢磨人员不妨愚弄它们确定更辽远的超大质量黑洞的质量,这一点其他任何已知形象都办不到。

  依据伦琴X射线地理台(ROSAT)和星系演化探测器(Ghasaxy Evolution Explorer)紫外空间望远镜的数据,地理学家发现了第一批潮汐崩溃变乱候选者。它们是一些发作变乱,持续时间从几周到几个月,而且位置处于先前休眠的星系中间。作为晚期实际预测的形象的首批潜在观测证据,这些发现对树立一个全新的琢磨领域格外要紧。但是,由于这些证据主要是从旧数据中发现的,地理学家错失了在多个波段上实时琢磨它们的机遇,无法揭开最深层次的秘密。而要想在潮汐崩溃变乱刚发生时就发现它们,地理学家必需非常荣幸,或是持续不绝地在广大的天外搜索。

  荣幸的是,过去10年中,数据存储和传感器的稳步进展使这种壮志凌云的巡天项目成为可能。现在,003344广东鹰坛论坛.。一台高端光学相机能在单次快照中对一平方度或更多的天外区域成像,这种情状肖似于在经历“管窥”的方式瞻仰琢磨地理变乱多年后,蓦然用全景镜头去瞻仰天外。经历几次实行大面积巡天,并以数字化的方式归并获得的图像,剔除暗弱的一时特征,地理学家现在能更容易地发现和琢磨潮汐崩溃变乱和一系列其他暂现天体物理形象。这些新的大视场巡天,例如全景巡天望远镜和快速反响体系(Pfantfurthermoreticorin the morningic Survey Telescope once well Rapid Response System,Pfantfurthermoretic-STARRS,简称泛星准备)、帕洛马暂现源工厂(Phasomar Trfantfurthermoreticsient Fundertakinging professionhasy,学习看到。PTF)和全天外主动超新星巡天(All-Sky Automdined ond Survey for Supernovae,ASAS-SN)主要设计用于辨认超新星和小行星,但除此之外,它们还不妨做更多。由于它们每晚不妨对数百万个星系成像,对潮汐崩溃变乱这类更奇异的暂现形象也很迟钝。

  类星体是宇宙的灯塔,它们变成于超大质量黑洞“进食”星系气体时,但对琢磨超大质量黑洞是如何“进食”的地理学家来说,此类有数、辽远并迟笨的变乱,并不是意向的琢磨对象。地理学家现在正在监测那些吞食单个恒星的壮大黑洞。

  眼见黑洞吞噬恒星

  2010年,在Pfantfurthermoretic-STARRS发端运转后不久,美国地理学家苏维·吉扎里(Suvi Gezari)指挥的团队发现了一次潮汐崩溃变乱(被称作PS1-10jh),这一变乱发生在质量约为200万个太阳的黑洞周围,所在星系间隔地球约27亿光年。由于这次变乱是在数据搜集后很短时间内发现的,吉扎里和同事第一次能够在后续的光学和紫外波段观测和琢磨它。他们的发现非常令人受惊。

  从光谱来看,这次特殊的潮汐崩溃变乱显得非常“冷”,温度大约在30 000℃,还不到大大都吸积盘基本实际预言的1/8。而且,PS1-10jh并没有随着吸积盘的冷却和散失在数周内逐渐消灭,而是在初次发现后的很多个月内都坚持温度不变。最奇妙的是,Pfantfurthermoretic-STARRS在PS1-10jh的余辉中探测到了电离氦的信号——这惟有在温度越过100 000℃时才可能产生。此外,学习广东好日子论坛社区。固然地理学家在这一潮汐崩溃变乱中探测到了大批的氦,但似乎没有探测到氢——宇宙中丰度最高的元素,同时也是恒星的主要元素。实际学家仍旧发端着手琢磨,是什么机制产生了如此让人猜疑的结局。

  为解析释PS1-10jh为何贫乏氢元素,Pfantfurthermoretic-STARRS团队提出,这个被崩溃的恒星可能在之前的某一个时刻,歧在和黑洞互相作用的历程中,仍旧?失了厚厚的氢包层,只剩下富含氦的核为吸积盘提供精神。但这样还不敷以解释这次潮汐崩溃变乱中非常奇妙的热抵牾——惊人的高温与大批必要很高温度能力产生的电离氦。为解析答这个谜团,其他实际学家提出一个假定,那就是在PS1-10jh中,黑洞周围的吸积盘实际上并没有被间接观测到。相同,地理学家观测到的是间隔黑洞加倍辽远的一层肖似于面纱状的气体,它们汲取了由吸积盘产生的强烈辐射,然后以更低的温度重新辐射进去。这层面纱的卓殊所长是不妨解释氢的贫乏,而不必要一个奇妙的、富含氦的星核作为这个潮汐崩溃变乱的配角。只消温度适应,密度也较高,这样一层面纱完全有可能遮掩氢的保存,把氢隐藏起来。

  但题目是,要是处在上文所说的间隔上,这层厚厚的面纱状气体是不牢固的——随着时间消逝,这些气体要么掉入黑洞,要么散失得荡然无存。面纱状气体的起源也是猛烈争论和琢磨的焦点,超大。总的来说,面纱状气体的起源有两种可能性,这两种可能都与吸积黑洞的动力学相关。当被崩溃的恒星残留物环绕黑洞转动,变成一个慢慢增进的吸积盘时,小鱼儿心水论坛。激波会像飘荡般从盘中向外散布,反对核心的一些残留物间接掉落,变成一个一时的精神屏障。或者,一个刚发生的潮汐崩溃变乱的吸积盘也许起先向内提供了非常多的精神,以至于在短时间内越过了黑洞吸积的极限,在黑洞核心变成的暂时的风或者外流,将恒星的一些残留物推出吸积盘,勾留在更远的间隔上。

  地理学家提出了各种假定来解释PS1-10jh和接上去发现的其他潮汐崩溃变乱,并试图自作遮盖,他们越来越认识到:潮汐崩溃变乱是一个比之后任何人意想的都要庞杂的形象。但他们没有料到的是,整个。更大的不测还在后背。

  来自“雨燕”的震撼

  这个意内在2011年3月28日破晓到来,一条主动产生的提示音信发送到了全世界多位地理学家的手机上。“雨燕”(Swift)刚刚探测到了来自深空的高能辐射脉冲。雨燕是一个轻巧的空间望远镜,由美国航空航天局和意大利及英国的琢磨所协作建成,用于琢磨天外中整个类型的发作天体。但雨燕的主要目的是伽马暴——一类灾变性恒星发作,也是宇宙中最亮的天体物理变乱。每当有伽马射线流进入雨燕的传感器,这个望远镜会迅速重新定位并在X射线和光学波段观测这个射线源,同时关照空中,触发一连串的空中观测项目。

  一收到雨燕的提示音信,地理学家就会争相愚弄世界上最大、最强无力的望远镜,赶在伽马暴始终消灭之前探寻任何与此相关的地理形象。自2004年发射以来,雨燕仍旧发现了1000多个伽马暴,但是这一次特殊变乱(自后被称为Swift J1644+57),与这个望远镜之前发现的任何变乱都不同。

  就像它们的名字所示,伽马暴通常是长久的,持续时间一般在零点几秒到几分钟之间。那年3月的清晨,我们将望远镜指向Swift J1644+57,广东心水好日子。向来期盼看到一个来自短时标伽马射线暴的、典型且逐渐消灭的余辉,但是我们观测到了明亮、持续了一天的不规则伽马射线暴,之后是持续数月的剧烈且逐渐衰减的X射线辐射。很快,我们就确定这次发作来自于38亿光年外、位于天龙座(constell of Drair-cono)的一个星系。我们的一位同事,加利福尼亚大学伯克利分校的约书亚·S·布卢姆(Joshua S。 Bloom),注意到这个伽马射线源位于星系的中间——超大质量黑洞的歇息地,并且以为我们眼见了一次潮汐崩溃变乱。相比看广东好日子高手论坛。尽管之前整个的潮汐崩溃变乱都是在波长更长、能量更低的波段探测到的(这时,观测者看到的热辐射来自于由碎片恒星变成的吸积盘),但这次变乱却完全不同。

  一个潮汐崩溃变乱是如何产生伽马射线的?我们能够想到的最好答复是:黑洞是个龌龊销耗的吃货。黑洞会吞噬被撕裂恒星的大部门气体,把它们始终锁定在变乱视界(黑洞周围的一个范围,经历这个范围之后,包括光在内的任何精神都无法逃逸)之内。但整个黑洞可能都会自旋,于是乎可能把被撕裂恒星中百分之几的气体推向黑洞的两极方向(位于变乱视界之外),在这里气体被加快,并以一束准直的、接近光速行动的粒子束的形式抛射进来。快速行动的粒子束速即穿过宇宙时,如何。会辐射伽马射线和X射线。明确,雨燕碰巧处在Swift J1644+57粒子束的散布途径上。这一次,我们的运气很好——并不是整个的潮汐崩溃变乱都能产生这样的绝对论性外流,并且大大都绝对论性外流确实很可能发觉在我们的观测视野之外。

  探测到Swift J1644+57煽动了雨燕团队,他们发端全力探寻更多的肖似变乱。2017岁首,超大质量黑洞如何吞噬恒星?你将看到整个过程。又有两个辐射伽马射线喷流的潮汐崩溃变乱被发现。这是恒星的“临终陨泣”,是最有数和强烈的地理形象,为地理学家琢磨绝对论性粒子喷流的产生和行为(这也是当代高能天体物理中最前沿的琢磨课题之一)提供了一种新方式。

  黑洞吞噬恒星的全历程

  一个世界的消亡

  潮汐崩溃变乱给迷信家提供了一个新窗口,他们不妨经历观测来自吸积盘的热辐射,以及黑洞的喷流流出的伽马射线,来琢磨超大质量黑洞及其周围环境。最要紧的是,类星体的喷流和吸积盘是大批气体云团在非常长的时标上,零乱地冲向超大质量黑洞时变成的,它们的尺度更大、持续时间也更长,而潮汐崩溃变乱是长久的、索性爽利的变乱,更容易被琢磨。没有一小我的平生能够长到足以见证一个类星体的完美生命历程,但地理学家仍旧见证了20多个潮汐崩溃变乱从发作到结束的整个历程,并对此实行了琢磨。在这些恒星灾变的细节中,地理学家仍旧瞥见了一些诱人的奇妙形象,有待实行更深入的琢磨。经历无误观测来自潮汐崩溃变乱的震撼性耀发,地理学家不只不妨琢磨黑洞,也不妨琢磨几十亿光年之外被撕裂的恒星的详细组成和外部组织。

  地理学家以至还不妨琢磨恒星的伴星——被黑洞消灭的行星。任何一个来自辽远星系中间的倏忽一闪都可能标志着一个世界的消亡。我们对银河系的恒星巡天显示,实在每一个恒星周围都保存行星。所以,在其他星系中,看着黑洞。纵然不是全部,大都恒星周围也是保存行星的。要是发生潮汐崩溃变乱,纵然行星没有被间接撕裂,也有可能处在潮汐崩溃变乱产生的暂现性绝对论性喷流的途径上,吞噬。这些喷流会在黑洞内涵伸数光年。任何一个行星体系要是被这样的气体束击中,福禄寿心水论坛。其上的生命都会很快覆灭(要是有生命的话)。大概有一天,地理学家也会在我们的“宇宙后院”中眼见潮汐崩溃变乱——当某个恒星误入潜藏在银河系中间、有着400万个太阳质量的黑洞周围时,潮汐崩溃变乱就会发生。届时,银河系中央将会变得非常明亮,但荣幸的是,我们间隔银河系中间足够远,潮汐崩溃变乱最危机的影响不会涉及到我们这里。

  随着更为强大的巡天项目行将建成,越来越多潮汐崩溃变乱将被发现,一个新期间行将到来。大口径全天巡视望远镜(LSST)是一个正在建设中的8米望远镜,位于智利,视场为10平方度,预计在它启用的第一个10年内,就将单独发现数千个这样的发作。质量。对付大口径全天巡视望远镜来说,它面临的最大的迷信挑拨将是,如何对发现的数量壮大的暂现源实行采选。准备建造中的射电观测站(例如正在澳大利亚和南非建造的“平方千米阵列”)尤其适合用来发现绝对论性喷流,纵然这样的喷流是“偏轴”的(意味着它们没有间接沿着我们的视野方向散布)。在不远的来日,地理学家也许不妨组建一个蕴涵数千个潮汐崩溃变乱(这比任何一小我平生不妨琢磨的数目都要多)的星表,从而能够暴露这些超大质量黑洞的质量和行为,使它们不再是规避在星系中间无法接近的神秘幽魂。随着地理学家对潮汐崩溃变乱的解析越来越深入,积蓄的学问越来越多,未来大概会发觉反动性的发现。

[义务编辑:白璐]
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