快捷搜索:

科学知识

当前位置:betway必威官网手机版 > 科学知识 > betway必威官网手机版:天文学家发现恒星逃离黑

betway必威官网手机版:天文学家发现恒星逃离黑

来源:http://www.abirdfarm.com 作者:betway必威官网手机版 时间:2019-11-22 20:19

betway必威官网手机版 1天文学家观测到,一个遥远的黑洞从恒星上撕咬了一些物质,却没有吞噬掉整颗恒星。图片来源:fromquarkstoquasars.com

谢菲尔德大学的科学家们早在2005年就观测到了这15个碰撞星系,不过,当他们在2015年再次对其进行观测时,他们注意到其中一个星系F01004-2237似乎在经历某种变化。

根据一项新的研究,今年早些时候被称为迄今发现的最亮超新星(亮度是整个银河系的数十倍)可能蕴含着一些更加奇异的事件——一个特大质量黑洞正在撕裂并吞噬一颗在附近游荡的恒星。

betway必威官网手机版 2天文学家发现,距离地球30亿光年外一个小星系中心的黑洞,撕碎了一颗路过的恒星,然后被迅速下落的恒星物质噎住了…… 图片来源:astro.columbia.edu

27亿光年外超大质量黑洞吞噬红巨星

恒星遇到黑洞,会发生什么事情?或许你会认为,恒星,或者任何游荡到太过靠近黑洞的东西,会被这个黑洞一口吞噬下去。

腾讯太空讯 据国外媒体报道,当星系相撞时,产生的影响往往无比壮观。虽然这种情况只有几亿年才会发生一次,而且持续时间通常长达上百万年,但从天文学角度来看,这其实是个非常普遍的状况。而且有意思的是,其中一个最令人惊叹的后果——恒星被超大质量黑洞(SMBH)撕裂——也是非常常见的。天文学界称这个过程为恒星互噬,或者“潮汐力瓦解事件”(Tidal Disruption Events,TDEs)。一直以来,天文学家都认为这种现象非常罕见。不过根据由谢菲尔德大学带领的一项新研究发现,其实这种现象比我们之前想象的更常见百倍。

天空中的这缕闪光最早是在2015年由“超新星全天自动化调查”发现的,后者是位于智利和美国夏威夷的一个小型望远镜网络,旨在观测天空中快速变化的天体。

经过长达5年的跟踪观测分析之后,天文学家相信他们目睹了一个巨大黑洞撕裂一颗恒星的全过程。这项研究本月发表在《天体物理学报》(The Astrophysical Journal)上。

betway必威官网手机版 3

天文学家对一起类似事件进行了最细致的调查。他们发现,在这起事件中,黑洞只从恒星上“咬”了一块物质下来,恒星本身则顺利逃脱。

1975年,天文学家们首次提出TDEs这个概念,用来形容星系中央的黑洞对恒星造成的不可避免的后果。若恒星距离SMBH足够近,受到其潮汐力的影响,此时物质会被逐渐剥离,在黑洞周围形成绳索的形状。这个过程会引发剧烈的燃烧现象,亮度是星系中所有恒星总和的上亿倍。由于黑洞引力极大,光都无法逃离其表面,但TDEs可以用来定位SMBH在星系中的位置,研究它们是如何吸积物质的。以前,天文学家们都是通过大面积的观测设备来确定TDEs发生的频率,得出的结论是每个星系每隔一万至十万年会发生一次。

天文学家假设这是一颗超级发光的超新星,其发生通常是一颗处于生命尽头的大质量恒星在自身重力作用下塌缩后,喷射出一颗由热气体和尘埃构成的火球,并在逐渐衰退前,在很短的时间内发出明亮的光。当时,这一事件的亮度是之前纪录保持者的两倍。

2009年1月21日,美国麦克唐纳天文台(McDonald Observatory)的ROTSE IIIb望远镜捕捉到了一起极亮天文事件发出的闪光。这台大视场望远镜是ROTSE超新星查证项目(RSVP)的一部分,每个夜晚都会拍摄大片天区的照片,以寻找新近发生爆炸的恒星。之后,软件会自动比对接连拍摄的一系列照片,寻找天空中新出现的明亮天体——比如恒星爆炸或者伽马暴之类的暂现现象。

根据天文学家的观测发现,一个距地球27亿光年的星系中央的超大质量黑洞吞噬了一颗恒星

具体说来,这颗恒星距离地球大约6.5亿光年,位于北斗七星所在的大熊星座。那里的一个超大质量黑洞,从这颗逃脱出去的恒星身上,撕扯下了一大块物质。

不过,通过使用威廉·赫歇耳望远镜,谢菲尔德大学物理与天文学院的科学家们对15个正在经历星系碰撞的超亮红外星系进行了观测。通过比较一个在十年中两次被观测到的星系的数据,他们确认了一个TDE正在发生。谢菲尔德大学的科学家们早在2005年就观测到了这15个碰撞星系,不过,当他们在2015年再次对其进行观测时,他们注意到其中一个星系F01004-2237似乎在经历某种变化。研究团队还参考了哈勃太空望远镜和卡特里那巡天系统的相关数据。

天文学家将这一事件命名为ASASSN-15lh。但是ASASSN-15lh对于SLSN而言却处于一个错误的星系中。正确的分类通常是一个充满气体和尘埃的年轻矮星系,在这里,巨大的恒星能够迅速形成,燃烧发光,并最终以超新星的形式爆发。

2009年发现的这一事件,绝对星等达到-22.5等,明亮程度堪比ROTSE团队近年来发现的所谓“超明亮超新星”(已知最明亮的一类恒星爆炸事件)。研究团队用动画片《南方公园》(South Park)里一个角色的名字给这一事件起了个昵称——“Dougie”,而它的正式学名则是ROTSE 3J120847.9 430121。

betway必威官网手机版 4

这是美国俄亥俄州立大学的天文学家利用他们的全天自动超新星巡天系统(ASAS-SN)发现的。事实上,他们的望远镜无法看到那颗恒星本身。不过,他们确实看到了黑洞在试图捕获那颗恒星时,从恒星上“咬”下一块物质而发出的闪光。

他们发现F01004-2237(距离地球约17亿光年)的亮度发生了巨大的变化。通常来说,这种燃烧现象是由超新星或SMBH吸积物质造成的。不过,这种燃烧现象的特性更符合TDE。与此同时,我们还可以推测TDEs很有可能也会发生在我们生命周期内的其他星系内。上一次直接观测到这种现象是2015年,全天自动测量超新星(ASAS-SN)在40亿光年外探测到一个超亮现象,后续研究表明这是由于一颗恒星被旋转的SMBH吞噬所造成的。

然而ASASSN-15lh却处于一个古老的、燃烧殆尽的星系中,这里鲜有恒星形成的证据。最初并未参与该项研究的以色列雷霍沃特市魏茨曼科学研究所天文学家Giorgos Leloudas表示:“当他们告诉我这个事件时,我感到半信半疑。它似乎并不是正确的。”

研究团队起初认为Dougie可能是一颗超新星,便开始着手寻找它所在的星系(星系本身亮度太暗,ROTSE望远镜无法看到)。他们发现,斯隆数字化巡天(SDSS)项目已经在Dougie所在的位置上标明了一个暗淡的红色星系。接下来,研究团队又用夏威夷的巨型凯克望远镜观测了这个星系,确定它距离地球足在30亿光年。

美国宇航局的太空望远镜星系演化探测器以及夏威夷哈莱阿卡拉火山山顶的Pan-STARRS望远镜帮助科学家确定被黑洞吞噬的恒星的身份

这样的事件被称为“潮汐瓦解事件”,缩写为TDE。这是迄今天文学家发现的距离我们最近的TDE事件,为他们提供了最佳的机会,来更深入地了解超大质量黑洞如何形成与成长。

随着科学设备不断升级,像詹姆斯·韦伯这样的下一代望远镜将在不久的将来被投入使用,届时或许能证明这种壮观的景象发生的频率其实更高。

于是Leloudas和同事开始从各种来源收集更多的数据,包括Swift伽玛射线卫星、Las Cumbres天文台全球望远镜网络、哈勃太空望远镜和均位于智利的欧洲南方天文台的甚大望远镜和新技术望远镜。

这些后续观测意味着,Dougie位于这个星系当中——但那里到底发生了什么事情呢?团队成员提出了4种可能的情况:超明亮超新星;两颗中子星发生并合;伽马暴;或者“潮汐瓦解事件”——也就是,一颗恒星在靠近星系中心的黑洞时被引力撕碎。

betway必威官网手机版 5

ASAS-SN系统迄今已经发现了60多颗明亮的近距离超新星。除寻找超新星外,这个项目还有另外一个科学目标,就是尝试确定邻近的宇宙空间中TDE事件发生得有多频繁。俄亥俄州立大学的天文学教授克日什托夫·施塔内克(Krzysztof Stanek)及其同事惊讶发现,ASAS-SN的4台设在夏威夷的望远镜开始采集数据后仅仅数月,即2014年1月,他们就找到了一起TDE事件。

哈勃太空望远镜的数据表明,闪光的源头接近星系的中心,而产生SLSN的快速恒星形成通常发生在更远的地方。Leloudas同时指出,与普通的SLSN不同,ASASSN-15lh似乎在消失后又渐亮了几周,表明其温度保持了约100天的上涨。

为了确认Dougie的本质,科学家用不同的方法对它进行了研究。他们利用太空中的雨燕号望远镜(Swift)对它进行了紫外观测,又用麦克唐纳天文台口径9.2米的霍比-埃伯利望远镜(Hobby-Eberly Telescope)拍摄了许多光谱。最终,他们用计算机模拟了不同物理过程发出的光可能如何来解释Dougie的各种性质——亮度如何随时间发生变化,可能展现出什么样的化学指纹——然后再跟Dougie实际观测到的性质加以比较。

这组照片由宇航局的星系演化探测器和夏威夷的Pan-STARRS望远镜拍摄,展示了一个星系核出现的闪光。箭头所指的就是这个星系。闪光的出现说明星系中央的黑洞吞噬了一颗恒星

对施塔内克来说,他们的巡天项目在这么短的时间内就能有所收获,暗示TDE现象或许要比天文学家之前认为的更加普遍得多。“在‘自家门口’就能发现一个,”他说,“这一事实让我们信心大增,TDE事件有可能每一两年就会发生一次。”

由哈勃太空望远镜记录的来自这一事件的紫外光谱表明,这是一颗处于生命黄金时期的低质量恒星,而不是一颗垂死的恒星。

具体来说,Dougie看起来不像超新星。中子星并合和伽马暴的可能性也同样被排除了。

北京时间5月7日消息,据国外媒体报道,美国宇航局观测到一个超大质量黑洞吞噬一颗红巨星。这个超大质量黑洞潜伏在一个距地球27亿光年的星系中央。由于距离黑洞过近,不幸的红巨星被黑洞的巨大引力撕裂,最后走向死亡。这是科学家第一次观测到红巨星被黑洞吞噬。

“你可以说我们只是运气好,但如果你一次又一次遇到好运气,那就说明你的做法没错。”他补充说,“或许此类事件发生的频率确实要比人们预料的更高,这意味着不久的将来,我们应该能够看到更多类似的事件。”

正如研究人员在12月12日出版的《自然—天文学》杂志上所报告的,所有这些迹象都指向了一种可能性,即ASASSN-15lh可能实际上是一颗恒星的临终遗言——它过于接近位于星系中心的特大质量黑洞,从而被极端的引力场所撕裂,也就是一个所谓的潮汐干扰事件。

“我们发现这个新天体的时候,它看起来类似于我们已知的超新星。”这项研究的主要作者、匈牙利赛格德大学的约瑟夫·温科(Jozsef Vinko)说,“但持续监测它的亮度变化之后,我们意识到这是先前没有人真正见过的某种现象。查明它有可能是一个超大质量黑洞在吞吃一颗恒星,这番经历相当过瘾。”

超大质量黑洞的质量是太阳的几百万倍,甚至几十亿倍,潜伏在绝大多数星系中央。这些“引力怪物”静静地等待,等待恒星等毫无察觉的猎物靠近,而后借助惊人的引力将其撕裂吞噬。借助于地面和太空望远镜,美国马里兰州约翰斯-霍普金斯大学天文学家苏维-格扎丽领导的研究小组证实被黑洞吞噬的猎物是一颗富含氦气的恒星。

这次观测到的TDE事件,是在2014年1月25日突然增亮出现的。博士研究生托马斯·霍罗伊恩(Thomas Holoien)领导了对它的观测和分析。它出现在大熊星座的左“脚”附近,刚出现时被霍罗伊恩误认为是一颗超新星。不过,它的亮度变化模式最终表明,这绝对不是一颗超新星。霍罗伊恩及其同事确定,他们看到了一次TDE事件。

TDE是非常罕见的——天文学家目前怀疑仅有约10个这样的事件发生。但Leloudas认为,ASASSN-15lh输出量的变化意味着一次TDE的发生——最初的闪光来自重力撕裂恒星以及加热其遗骸保持高温;而来自这些遗骸的随后的爆发则是它们合并到黑洞表面被再次加热所致。

团队成员、美国得克萨斯大学奥斯汀分校超新星团队负责人J·克雷格·惠勒(J. Craig Wheeler)说,“我们意识到,这可能是一起‘潮汐瓦解’事件。”他解释说,这意味着一个黑洞巨大的引力作用于恒星一侧的力量要比另外一侧更大,由此导致的潮汐使得这颗恒星分崩离析。

格扎丽表示:“被黑洞的巨大引力撕裂时,这颗恒星的部分残骸坠落黑洞,余下的被高速喷射。随着时间的推移,我们观测到坠落黑洞的恒星气体产生的闪光。此外,我们还确定被高速喷射的气体的光谱,证实其主要由氦气构成。我们似乎在从一个犯罪现场收集证据。由于气体中的氦气占较大比重而氢气数量极少,说明这颗被黑洞吞噬的恒星一定拥有一个富含氦气的星核。”

他们利用地面上的多台大型望远镜,以及雨燕号探测器上的紫外和光学望远镜,对这一事件进行了仔细的后续观测。最终,他们还利用SDSS数字巡天数据,确定了它发生的具体位置—— 一个名为SDSS J110840.11,距离地球6.5亿光年的星系。

这一观点的一个问题在于所讨论的星系被认为在其中心存在一个特大质量黑洞——大约是太阳质量的1亿多倍。根据理论预测,这样的庞然大物更有可能吞下整颗恒星,并且一旦后者低于黑洞的视界则将被撕裂,而这是人们无法观测到的。

他说,当一颗恒星来到黑洞附近时,它靠近黑洞的一侧所受的引力要大于背向黑洞的一侧。这种引力差可以很强大,强大到能把这颗恒星拉成面条形状。

betway必威官网手机版,为了确定恒星身份,格扎丽等人借助了宇航局的星系演化探测器以及夏威夷哈莱阿卡拉火山山顶的Pan-STARRS(全景巡天望远镜及快速反应系统的英文首字母缩写)望远镜。此次观测发现有助于科学家了解黑洞周围的恶劣环境以及恒星类型。实际上,科学家已经不是第一次观测到不幸的恒星被黑洞吞噬。

知道了确切的距离之后,这些天文学家根据事件释放出来的总能量,通过计算得出了黑洞吞噬的恒星物质总量,结果相当之小,仅有我们太阳质量的千分之一,差不多跟木星的质量相当。

研究人员将继续观测ASASSN-15lh并且希望能够了解得更多,因为它已不再照亮该星系的其他部分。同时由于其他TDE都发生在较小黑洞的周围,因此ASASSN-15lh拓宽了天文学家对于TDE发生范围的认知。

惠勒说,这颗恒星“不会直接落入黑洞,可能会先形成一个盘。但黑洞注定会吞噬其中的绝大多数物质”。

研究小组认为这颗恒星的星核很久以前曾被氢气包裹,最后被同一个黑洞剥离。它处在生命的末期,在绝大多数氢燃料耗尽之后,它的体积发生膨胀,成为一颗红巨星。天文学家认为这颗膨胀的恒星沿着一条椭圆形轨道环绕黑洞,与彗星环绕太阳的轨道类似。靠近黑洞时,它的大气层被巨大的黑洞引力剥离,残余继续踏上死亡之旅,随着进一步靠近黑洞,这颗恒星被完全撕裂吞噬。

betway必威官网手机版:天文学家发现恒星逃离黑洞,27亿光年外超大质量黑洞吞噬红巨星。研究合作者之一、俄亥俄州立大学的天文学教授克里斯多佛·科哈内克(Christopher Kochanek),是25年前率先提出TDE模型的科学家之一。然而,从那时起直到现在,天文学家只发现了寥寥数次TDE事件,没有人确切知道TDE事件在宇宙中黑洞成长的过程中到底起到了多么重要的作用。

Leloudas说:“通过增加的多样性,我们将了解在一次TDE中更多的物理现象。”

尽管天文学家之前看到过黑洞吞噬恒星(数量总计还不到10次),但Dougie在其中仍然十分特殊:这颗恒星没那么容易被吞噬。

天文学家指出,超大质量黑洞吞噬恒星的现象非常罕见,每个星系每一万年可能只发生一次。为了发现这种现象,格扎丽的研究小组使用星系演化探测器对数十万个星系进行紫外观测,同时用Pan-STARRS望远镜进行可见光观测。两架望远镜通过对整个夜空进行扫描,搜寻包括超新星爆炸在内的短暂现象。2010年6月,他们观测到一个明亮的紫外闪光,来自一个星系的中央,其中央的黑洞此前一直处于休眠状态。一个月后,闪光的强度达到峰值,而后在随后的12个月时间里逐渐趋于暗淡。

科哈内克指出,按照传统观点,黑洞吞噬整颗恒星的事实发生得不算频繁——或许1万年到10万年才能发生一次。不过,如果只是从过路的恒星上扯下一小块,这样的事情发生得有多频繁,还是一个没有答案的问题。

超新星爆发是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸度极其明亮,过程中所突发的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系,并可持续几周至几个月才会逐渐衰减变为不可见。在这段期间内一颗超新星所辐射的能量可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相媲美。恒星通过爆炸会将其大部分甚至几乎所有物质以可高至十分之一光速的速度向外抛散,并向周围的星际物质辐射激波。这种激波会导致形成一个膨胀的气体和尘埃构成的壳状结构,这被称作超新星遗迹。

美国哈佛大学的詹姆斯·吉约雄(James Guillochon)和加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的恩里科·拉米雷斯-鲁伊斯(Enrico Ramirez-Ruiz)建立的计算机模型显示,瓦解的恒星物质发出了太多的辐射,给物质的下落产生了阻力。换句话说,这个黑洞被快速下落的物质噎住了。

这一次观测到的闪光与超新星爆炸释放的爆炸性能量类似,但亮度达到峰值的速度较慢,用了近一个半月时间。研究小组成员、巴尔的摩太空望远镜科学院的阿明-莱斯特表示:“这一事件持续的时间越长,我们就越兴奋,因为我们意识到这要么是一次非常罕见的超新星爆炸,要么是一次截然不同的事件,例如一颗恒星被黑洞吞噬。”

ASAS-SN系统或许有助于提供这个问题的答案。这一巡天项目由拉斯昆布瑞天文台全球望远镜网络主导,4台15厘米口径的望远镜设在夏威夷的海勒卡拉天文台,还有两台望远镜设在智利的托洛洛山。

根据Dougie发光的特征,以及他们推算出的那颗恒星原本的质量,研究团队发现Dougie在被撕碎之前是一颗类似太阳的恒星。

通过测量闪光的亮度,天文学家计算出这个黑洞的质量,相当于几百万个太阳,与银河系中央的黑洞不相上下。根据亚利桑那州霍普金斯山的多镜面望远镜天文台的分光镜的观测发现,这个黑洞吞噬了大量氦气。分光镜将光线分割成彩虹色,进而揭示出天体的特征,例如温度和气体构成。为了排除闪光来自于活跃的星系核这种可能性,研究小组利用宇航局的钱德拉X射线望远镜对炙热气体进行研究。研究结果显示这些气体并非来自于活跃的星系核。

施塔内克解释说,这些望远镜的放大分辨率都相对较低,但对于低成本下要对整个邻近宇宙进行细致研究而言,它们都是非常理想的观测设备。事实上,自2014年5月以来,大约半数明亮的邻近超新星都是由ASAS-SN系统发现的。这一数据足以证明ASAS-SN系统的成功。

惠勒说,根据他们对Dougie所在星系的观测,再结合Dougie的各种性质,让他们得出结论认为,这个星系中央的黑洞质量不算太大,只有太阳的大约100万倍。(做个比较,《星际穿越》里的卡冈图雅质量是太阳的1亿倍,而银河系中心的超大黑洞质量是太阳的400万倍。)

美国每日科学网站相关报道

相关研究论文被发表在最新出版的《皇家天文学会月报》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上。(编辑:Steed)

探究Dougie的性质,还给了解又小又远的那些星系带来了意想不到的结果。正如惠勒所说,“谁知道这个小不点还拥有一个黑洞呢?”(编辑:Steed)

特别声明:本文转载仅仅是出于传播信息的需要,并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用,须保留本网站注明的“来源”,并自负版权等法律责任;作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜,请与我们接洽。

 

编译来源 美国俄亥俄州立大学官网,Lucky Star Escapes Black Hole With Minor Damage

本文由betway必威官网手机版发布于科学知识,转载请注明出处:betway必威官网手机版:天文学家发现恒星逃离黑

关键词: