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科学家观测超大黑洞吞噬恒星 首次分析内部机制

http://www.kexue.com 2012-05-04 10:50:03 网易探索  发表评论
 一幅电脑模拟图象,展示了一颗被黑洞吞噬的恒星产生的气体。部分气体被高速喷向太空。

一幅电脑模拟图象,展示了一颗被黑洞吞噬的恒星产生的气体。部分气体被高速喷向太空。

  这组照片由美国宇航局的星系演化探测器和Pan-STARRS望远镜拍摄,展示了一个亮度突然增强的星系,这种增强由中央产生的闪光导致。闪光的出现说明星系中央的黑洞吞噬了一颗恒星。左上照片拍摄于2009年,展现了闪光出现前的星系;右上照片拍摄于2010年6月,星系的紫外线亮度提高了350倍;左下照片由Pan-STARRS望远镜2009年拍摄,展示了闪光出现前的星系;右下照片由Pan-STARRS望远镜2010年6月至8月间拍摄,展示了星系中央的闪光。"

  2010年,美国科学家观测到黑洞制造的一场“谋杀案”。经过研究,他们证实了凶手和受害者的身份——凶手是一个超大质量黑洞,受害者则是一颗星核富含氦气的恒星。这颗不幸的恒星用自己的死帮助科学家进一步了解拥有惊人引力的黑洞的内部运转机制。

  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。它们静静地等待恒星等猎物主动送上门来。距离黑洞过近时,猎物被黑洞的巨大引力拖拽撕裂,最后走向死亡。研究论文主执笔人、约翰斯·霍普金斯大学天文学家苏维·格扎里在接受太空网采访时表示:“这是我们第一次证实被黑洞吞噬的恒星属于何种类型。”

  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。为了发现并研究这种罕见的现象,格扎里和同事借助星系演化探测器对数十万个星系进行紫外观测,同时借助夏威夷的Pan-STARRS望远镜进行可见光观测。2010年6月,他们观测到来自一个距地球大约27亿光年的星系中央黑洞的明亮闪光。在此之前,这个黑洞处于休眠状态。格扎里说:“被黑洞的巨大引力撕裂时,这颗恒星的部分残骸坠落黑洞,余下的被高速喷向太空。我们观测到的闪光由坠落黑洞的恒星气体产生。”

  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。通过测量闪光的亮度变化,科学家计算出恒星气体被黑洞吸入的速度,进而确定黑洞何时开始撕裂这颗恒星,而后揭示出这个黑洞的引力强度并推断出它的质量。根据天文学家的估计,这个黑洞的质量相当于300万个太阳,与银河系中央的黑洞不相上下。

  格扎里说:“此项研究有助于我们进一步了解无法进行观测的黑洞,了解它们的质量。我们知道黑洞与它们所在的星系之间存在密切联系,二者之间的质量相互影响。我们希望进一步了解这种相互影响。此外,我们也希望了解黑洞的物理学特性,了解它们如何影响周围时空的几何结构。我们需要确定黑洞的质量,而后才能获取大量细节。”

  借助于亚利桑那州霍普金斯山的多镜面望远镜天文台获取的数据,格扎里和同事对喷向太空的恒星气体光谱进行了分析,了解构成气体所发出光线的特定颜色。每一种元素都有独特的“光谱指纹”。分析结果显示这些气体主要由氦气构成。格扎里说:“给人的感觉是,我们正从一个犯罪现场收集证据。”氦气占较大比重而氢气比重较低说明,这颗被黑洞吞噬的恒星一定拥有一个富含氦气的星核。

  格扎里和同事怀疑这颗被摧毁的恒星一度被氢气包裹,最后被黑洞剥离。她说:“变成红巨星后,恒星的半径膨胀到原来的100倍,很容易受到黑洞的引力潮汐力影响,外部包裹的氢气轻易就被黑洞的引力剥离。随着进一步靠近黑洞,这颗恒星被完全撕裂,氦气被黑洞吸收。我们认为整个死亡之旅的长度为1/3个天文学单位,相当于水星的轨道长度或者地日距离的大约1/3。”在5月2日出版的《自然》杂志上,科学家详述了他们的研究发现。

  格扎里说:“这是我们第一次收集到如此多的证据,通过将这些数据结合在一起进行分析,我们得以确定凶手(黑洞)和受害者(不幸的恒星)的身份。这些观测发现为我们提供了宝贵线索,有助于未来对同样事件进行观测。”

  即将登场的大口径全天巡视望远镜能够对夜空的一半区域进行扫描,可帮助天文学家发现更多类似的“宇宙谋杀案”。格扎里说:“我们能够测量恒星被黑洞吞噬的速度,测量黑洞的质量,了解星系的类型以及环绕星系中央黑洞周围的恒星类型,所有这些都有助于我们进一步了解星系的演化。现在,仍有大量工作等待我们去完成。”

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