解码黑洞进食模式中的宇宙时钟

宇宙科学 阅读:662 2024-08-21 11:06:08 评论:0

  黑洞通常难以捉摸且不可见,但通过观察潮汐破坏事件(TDE),科学家们逐渐发现了它们的存在。在潮汐破坏事件中,一颗恒星会被黑洞的强大引力撕裂,产生可以在远处观测到的明亮耀斑。

艺术家对潮汐瓦解事件 (TDE) 的构想,一颗恒星被超大质量黑洞的强大引力撕裂。恒星的物质螺旋状地进入围绕黑洞旋转的圆盘,并喷出一股粒子。

  最近,距离地球约8.6亿光年的一个光源突然变暗,证实了由雪城大学、麻省理工学院和太空望远镜科学研究所的天体物理学家团队开发的模型的准确性。

  美国国家航空航天局的哈勃望远镜、詹姆斯·韦伯望远镜和钱德拉X射线天文台等先进设备为科学家提供了研究黑洞的机会。虽然黑洞本身吸收所有的光,无法直接观测,但科学家们通过潮汐破坏事件(TDE),即恒星被超大质量黑洞摧毁的过程,捕捉到了这些现象。TDE产生的耀斑亮度是太阳的数千亿倍,这让天体物理学家们能够研究宇宙中这些超大质量黑洞。

  当恒星接近黑洞并受到其强大引力撕裂时,潮汐破坏事件就会发生。恒星被撕碎的残余物会形成一个非常热、非常亮的物质盘,围绕黑洞旋转,称为吸积盘。科学家通过观测这些吸积盘,分析恒星的毁灭过程,并将这些观测结果与理论模型对比,以进一步了解黑洞的特性。

一颗恒星在绕超大质量黑洞运转时散落恒星碎片的数字图像。这幅艺术家的印象画描绘的是距离地球约 8.6 亿光年的星系中心。

  雪城大学、麻省理工学院和太空望远镜科学研究所的研究团队开发了一个详细的模型,成功预测了一个名为AT2018fyk的重复部分TDE的亮度变化。AT2018fyk的恒星核心在第一次与超大质量黑洞的接触中幸存下来,并继续绕黑洞运行,随后再次被黑洞撕裂。该团队预测该光源将在2023年8月变暗,随后该预测得到了验证。

  通过广泛的巡天观测,科学家们正在监测越来越多的光源,这些光源的亮度变化反映出宇宙中的剧烈事件。不同于普通望远镜只能观测可见光,像钱德拉这样的X射线望远镜能够探测到温度高达数百万度的物质发出的光。

  吸积盘中最热的气体靠近黑洞,以X射线形式发射出能量。NASA的X射线望远镜利用这种高能辐射,能够穿透黑洞周围的物质,为科学家提供宝贵的数据。

AT2018fyk 的 X 射线和光学图像

  研究团队的模型在2023年8月光源突然变暗时得到了证实。他们推测,随着恒星与黑洞的继续相互作用,这一系统将在2025年再次变亮。如果恒星再次幸存,这个周期性的亮度变化还可能在2027年再次出现。

  团队指出,这种重复的潮汐破坏事件非常罕见,但随着观测技术的进步,未来可能会发现更多类似的现象。研究模型将为科学家们提供一种重要的工具,帮助他们进一步了解这些极端的宇宙事件。

  这种现象在特定星系中可能每百万年才发生一次,迄今为止,科学家只发现了少数几个表现出这种行为的系统。随着技术的进步,这些罕见的现象将进一步揭示黑洞的秘密。

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