美国国家航空航天局罕见地近距离瞥见恒星上的黑洞零食

在这张图中，一个热气体盘围绕着一个黑洞旋转。向右延伸的气流是被黑洞撕裂的恒星的残骸。黑洞上方的热等离子体云（电子被剥离的气体原子）被称为日冕。

最近对黑洞吞噬流浪恒星的观测可能有助于科学家了解更复杂的黑洞进食行为。

美国国家航空航天局的多台望远镜最近观测到一个巨大的黑洞撕裂了一颗走得太近的不幸恒星。它位于另一个星系的中心，距离地球约2.5亿光年，是迄今为止观测到的第五个最接近黑洞摧毁恒星的例子。

一旦恒星被黑洞的引力彻底破裂，天文学家就看到黑洞周围高能X射线的急剧增加。这表明，当恒星物质被拉向末日时，它在黑洞上方形成了一个非常热的结构，称为日冕。根据发表在《天体物理杂志》上的一项新研究，美国国家航空航天局的NuSTAR（核光谱望远镜阵列）卫星是能够观测这些波长光的最灵敏的太空望远镜，该事件的临近为日冕的形成和演化提供了前所未有的视角。

这项工作展示了如何利用黑洞对恒星的破坏——这一过程被正式称为潮汐破坏事件——来更好地了解这些庞然大物在被完全吞噬之前捕获的物质会发生什么。

科学家们可以研究的大多数黑洞都被多年甚至数千年积累的热气包围，并形成了数十亿英里宽的圆盘。在某些情况下，这些圆盘比整个星系都亮。即使在这些明亮的光源周围，尤其是在活跃度低得多的黑洞周围，也有一颗被撕裂和吞噬的恒星脱颖而出。从开始到结束，这个过程通常只需要几周或几个月的时间。潮汐破坏事件的可观察性和持续时间短，使其对天文学家特别有吸引力，他们可以梳理出黑洞的引力是如何操纵周围物质的，从而创造出令人难以置信的光照和新的物理特征。

巴尔的摩太空望远镜科学研究所的天文学家、研究合著者Suvi Gezari说：“潮汐破坏事件是一种宇宙实验室。”。“它们是我们实时了解潜伏在星系中心的巨大黑洞的窗口。”

当一颗恒星离黑洞太近时，强烈的引力会将恒星拉伸，直到它变成一条热气体的长河，如本动画所示。然后，气体围绕黑洞旋转，并逐渐被拉入轨道，形成一个明亮的圆盘。

令人惊讶的信号

这项新研究的重点是一个名为AT2021ehb的事件，该事件发生在一个星系中，该星系的中心黑洞质量约为太阳质量的1000万倍（大约是保龄球和泰坦尼克号的区别）。在这次潮汐破坏事件中，恒星离黑洞最近的一侧比恒星的另一侧被拉得更用力，将整个东西拉开，只留下一长串热气。

科学家们认为，在这种事件中，气体流会在黑洞周围旋转，并与自身碰撞。这被认为会产生冲击波和气体向外流动，产生可见光，以及人眼不可见的波长，如紫外线和X射线。然后，这种物质开始沉淀到一个围绕黑洞旋转的圆盘中，就像水绕着排水管旋转一样，摩擦产生低能X射线。就AT2021ehb而言，这一系列事件仅发生了100多天。

该事件于2021年3月1日由位于南加州帕洛马天文台的Zwicky瞬态设施（ZTF）首次发现。随后，美国国家航空航天局的Neil Gehrels Swift天文台和中子星内部成分探测器（NICER）望远镜对其进行了研究（该望远镜观测到的X射线波长比Swift更长）。

然后，在首次发现该事件约300天后，美国国家航空航天局的NuSTAR开始观测该系统。当NuSTAR探测到日冕时，科学家们感到惊讶——一团热等离子体，或电子被剥离的气体原子——因为日冕通常伴随着从黑洞向相反方向流动的气体射流出现。然而，在AT2021ehb潮汐事件中，没有喷流，这使得日冕观测出乎意料。日冕比黑洞的任何其他部分都发射出更高能量的X射线，但科学家们不知道等离子体来自哪里，也不知道等离子体是如何变得如此热的。

这项新研究的主要作者、加州帕萨迪纳加州理工学院的研究生Yuhan Yao说：“我们从未见过像这样在没有喷流的情况下发生X射线发射的潮汐破坏事件，这真的很壮观，因为这意味着我们可以潜在地解开喷流的原因和冠状病毒的原因。”。“我们对AT2021ehb的观测结果与磁场与日冕的形成方式有关的观点一致，我们想知道是什么导致磁场变得如此强大。”

姚还领导了一项工作，寻找ZTF发现的更多潮汐干扰事件，然后用Swift、NICER和NuSTAR等望远镜进行观测。每一次新的观测都提供了新的见解或机会来证实在AT2021ehb和其他潮汐破坏事件中观察到的情况。“我们想找到尽可能多的球员，”姚说。

更多关于使命

一项由加州理工学院领导、美国国家航空航天局位于南加州的喷气推进实验室为该机构位于华盛顿的科学任务局管理的小型探测器任务是与丹麦技术大学和意大利航天局（ASI）合作开发的。该航天器由轨道科学公司在弗吉尼亚州杜勒斯建造。NuSTAR的任务操作中心位于加州大学伯克利分校，官方数据档案位于NASA戈达德太空飞行中心的NASA高能天体物理科学档案研究中心。ASI提供了任务的地面站和镜像数据档案。加州理工学院为美国国家航空航天局管理喷气推进实验室。