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宇宙发生"恒星凶杀案" 大质量黑洞或为幕后凶手

http://www.kexue.com 2012-05-09 11:24:57 腾讯科学  发表评论

 


天文学家发现一颗红巨星被黑洞的潮汐力所撕裂 

 

  据国外媒体报道,科学家发现在大多数星系的中央通常“潜伏”这巨大而恐怖的黑洞,其质量相当于太阳质量的数百万倍乃至数十亿倍。一般情况下,黑洞犹如一只大型“宇宙怪物”静悄悄的游动着,直到毫无防范的猎物通过它的引力范围,比如一颗恒星,强大的引力足以撕裂这颗恒星。天文学家此前发现过这些“恒星凶杀案”,但是这回他们第一次确定了受害者的详细情况。

  位于马里兰州巴尔的摩的约翰霍普金斯大学天文学家苏维·戈扎里(Suvi Gezari)通过使用一系列的陆基和空间望远镜对“恒星凶杀案”进行探索,戈扎里也是本项研究的首席科学家。初步观测发现,这颗受害者天体是一颗充满氮气的恒星,距离我们的银河系大约27光年。该团队的研究结果已经刊登在5月2日出版的网络版《自然》杂志上。


黑洞吸取伴星物质

  当一颗恒星落入黑洞的引力作用范围之内时,恒星的物质就会被引力撕开,部分物质落入黑洞中,而剩余的部分则会以非常高的速度运动着。随着时间的推移,我们将会看到恒星的气体物质在坠入黑洞时所发出的光芒。通过分析喷流的光谱特征,科学家还发现了其中含有大量的氮,这就如同我们在从犯罪现场收集这宗“恒星凶杀案”的证据。科学家之所以可以认定黑洞喷流中的气体是那颗被“谋杀”了的恒星,不仅仅是因为探测到大量的氮,由于其中所含的氢较少,这条线索进一步证明了被撕裂的部分为那颗富含氮的恒星核心。

  这项对黑洞的探测计划为科学家清晰地显示出黑洞周围超酷的空间环境,以及环绕在黑洞周围的是何种恒星。对比以往的观测研究,这并不是第一次发现一颗“倒霉”的恒星碰到黑洞这个庞然大物,天文学家苏维·戈扎里与她的研究小组认为恒星在进入黑洞的引力作用范围之内,恒星核区被充满氮气的环境所包围,而黑洞想要撕裂并汲取恒星核心的物质,需要很长一段时间。

  在科学家的观测记录中,恒星可能已经接近生命的终点,在消耗完大多数的氢燃料之后,恒星的体积可能猛然膨胀,变成一颗红巨星。天文学家进一步对该现象进行研究,认为体积上膨胀而臃肿的恒星在环绕黑洞的运行过程中,其轨道将逐渐过渡到高椭圆轨道,即距离黑洞较近轨道近端和距离黑洞较远的轨道远端,类似与一颗彗星围绕太阳进行周期运动的扁平而细长的轨道。

  当恒星已经膨胀的恒星运行至轨道近端时,黑洞强大的引力开始疯狂地剥离恒星的外层大气,但是恒星的核心仍然不会受到影响。在这场“引力拔河”中,恒星上的物质不断溅落到恒星吸积盘上,这趟旅程必然是单程的,直到这颗恒星全部的物质都被黑洞这个庞然大物汲取殆尽,面临最终的灭亡。

  苏维·戈扎里指出:天文学家们目前已经预测到在银河系中央附近存在超大质量的黑洞,而且被剥离外层大气物质的恒星环绕着黑洞运行,如此距离的相遇是一个较为罕见的现象,其发生概率大约为每10万年一次。为了寻找真实存在的案例,苏维·戈扎里的研究小组通过隶属于美国国家航空航天局的星系演化探测器(GALEX)监测了数十万个星系的紫外线特征。值得一提的是,星系演化探测器是一个强大的空间天文台,工作在紫外线波段,而位于夏威夷的全景巡天望远镜及快速反应系统1号望远镜(Pan-STARRS)则负责在可见光波段上进行探测。

  全景巡天望远镜及快速反应系统1号望远镜由四台1.8米口径的望远镜阵列组成,配合14亿像素的CCD相机进行巡天,其探索目标是发现天空中瞬间出现的天体现象,包括超新星爆发。研究小组那时正在寻找从“潜伏”有休眠状态黑洞的星系中央核区释放出来的明亮紫外线,他们在2010年6月发现一个这样的天体,而且是两部望远镜同时探测到该物体的信号。此后,空间望远镜与陆基望远镜继续检测这束神秘的紫外信号,在一个月后信号达到峰值,然后在未来的12个月内持续衰弱。

  苏维·戈扎里认为发光的氮气在黑洞吸积这样的炙热事件中是一个很好的“示踪元素”,为我们揭示了恒星物质的来龙去脉。然而,科学家并没有在光谱中发现氢元素的存在,这就意味着不存在该元素所对应形成的气体。此外,在星系中央核区附近还没有发现这样的气体以及行为,很明显来自恒星内核的物质已经被黑洞“处理”了,该事件还没有任何理论可以轻易对其进行解释。

  科学家所探测到气体的运行速度可关联到在黑洞引力的拖拽下物质,多镜面望远镜测量结果显示,气体移动的速度超过每小时2000万英里,大约为3200万公里每小时。然而,往常所测量的星际介质中气体的运行速度只有22.4万英里每小时,大约为36万公里每小时。(Everett/编译)

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