天文學家發現潮汐瓦解事件

天文學家們進行了長達十年的跨國合作，跟蹤觀察了一個黑洞吞噬恒星的事件，從而有可能解開早期宇宙中的星系形成之謎。

李·比林斯（Lee Billings）

利用世界各地望遠鏡收集起來的長達十年的數據，科學家們捕捉到了新的細節：一個巨型黑洞正在吞噬一顆不幸的恒星，他們觀察到這個黑洞吞噬其獵物時以接近光的速度噴出一股物質射流。該研究成果發表在不久前出版的《科學》雜志上，有助于研究人員更加清楚地了解黑洞是如何成長的，又是如何影響星系周圍環境的。

研究論文的作者之一、西班牙安達盧西亞天體物理學研究所的米格爾·佩雷茲-托雷斯（Miguel Pérez-Torres）說：“對于黑洞吞噬恒星事件中射流的形成和演化情況，我們以前從未直接觀察到過。”

2005年1月，科學家們首先發現了該事件的跡象。當時，芬蘭圖爾庫大學天文學家塞波·馬提拉（Seppo Mattila）領導的一個研究小組發現了Arp 299內部一個明亮的點狀紅外光源。Arp 299是一對正在合并的星系，距離地球1.5億光年。同年7月，佩雷茲-托雷斯帶領著另外一個研究小組重新分析了以前收集的資料，證實同一區域有一個強烈的無線電波源。

兩個研究小組都一直在碰撞中的Arp 299星系核心附近尋找超新星，其核心處是一個塵埃遮蓋的區域，其中充滿了氣體云團和由于正在合并而新形成的巨型恒星。起初，他們認為他們所發現的正是一顆超新星，這種大規模恒星爆炸在可見光和X射線波長范圍內特別明亮。但是，由于星系Arp 299的中心被塵埃遮蓋，大部分可見光和X射線都將會被塵埃吸收，以紅外光的形式重新散發輻射，然后超新星殘骸將會發出無線電波。然而，隨后利用美國國家航空航天管理局（NASA）的斯皮策太空望遠鏡進行了觀測，結果表明這個光源太明亮了，所發出的光比一個典型的小規模星系還要明亮幾百倍。這說明，這個光源根本不是一顆超新星，而是一起潮汐瓦解事件（TDE）——一顆恒星正在被一個超大質量黑洞撕裂。

在潮汐瓦解事件中，被撕裂的恒星大約有一半從黑洞中甩出，另一半則沉入黑洞之中，堆積在洞穴周圍，融入旋轉的發光碎片盤中，這個發光盤可能會被誤認為是超新星。然而，這次是不可能搞錯的，潮汐瓦解事件還有另外一個特征：由于強烈磁場產生的扭曲作用，恒星物質雙射流就像拉斷的橡皮筋那樣，以接近光的速度從黑洞附近噴出。射流沖進彌漫于星際空間的氣體中，產生大量的無線電波，從地球上有可能會看到這些無線電波。因此，馬提拉、佩雷茲-托雷斯和34名另外的合作者組織了一場跨國研究行動，利用全球的射電望遠鏡網絡來獲取高分辨率射電源圖片，耐心地定期監測這個射電源的大小和形狀，尋找射流的跡象。

2011年，研究人員的耐心開始得到回報——那個點狀光源開始向無線電波長靠攏，這可能是由于釋放出射流而造成的。2015年年底，點狀光源擴張為一條光帶，研究小組為其擴張的速度進行了計時，結果大約為每秒50000英里，相當于光速的四分之一。馬提拉稱，研究小組多年來對數據進行了仔細研究，對潮汐瓦解事件中的光線和射流將如何穿過塵埃遮蓋的Arp 299核心進行了認真模擬，他們得出了一個可信的解釋：“釋放的紅外光和無線電來自一顆倒霉恒星的瓦解過程，這顆恒星經過時距離這個超大質量黑洞太近了，正在被這個宇宙龐然大物所吞噬。”反過來，此次潮汐瓦解事件確定了這個相當于2000萬個太陽質量的超級黑洞在Arp 299中心的確切位置，同時也揭示了這顆被吞噬恒星的大小——比我們的太陽大2至6倍。

馬提拉和佩雷茲-托雷斯稱：有關這個新發現，最令人感到驚喜的事情是，他們的的確確發現了潮汐瓦解事件。近年來，天文學家們發現并研究了幾次其他的潮汐瓦解事件，但是那些大都是根據可見光的亮度而發現的，而不是通過釋放的紅外光和無線電發現的。佩雷茲-托雷斯說：“潮汐瓦解是非常罕見的現象，要想發現這種現象，通常需要監測的星系在數量上極其巨大。”他還說道：在正在合并的星系Arp 299中發現了一個由塵埃遮蓋的潮汐瓦解事件，這意味著這種事件可能會更加常見于塵埃遮蓋的環境中。在相互碰撞的星系中，朝著中心部位的黑洞集中的氣體形成恒星，這種恒星可能會比較有規律地引起潮汐瓦解事件。反過來，這些潮汐瓦解事件中涌出的能量可能會產生深奧的影響，在星系合并過程中起到促進或抑制恒星形成的作用。

此外，馬提拉指出：在遙遠的宇宙中，在星系形成和演化的早期階段，像Arp 299這樣的系統更加常見。他說：“因此，我們所發現的這個事件可能只是冰山一角，這類隱藏的潮汐瓦解事件在宇宙年輕時期更加常見。”馬提拉還說道：盡管目前多數潮汐瓦解事件仍然“隱藏于塵埃之后”，但是在接下來的十年中，未來的紅外和射電天文臺或許能夠使天文學家們發現更多潮汐瓦解事件，能夠為他們揭開此類事件的神秘面紗，使他們穿越宇宙的時空，更加深入地研究星系群。

（胡德良譯自科學美國人網站）