黑洞通过猛烈的撕裂开一颗恒星向天文学家宣告它自己

By Robert Lea

2022/11/12

Science & Astronomy

这个黑洞位于100万光年外的一个矮星系中，在一场残酷的潮汐破坏事件中撕裂开一颗不幸的恒星。

描述一个潮汐破坏事件（TDE）的艺术品。当一颗恒星靠近一个超大质量黑洞经过并被后者的引力撕裂开时。碎片在最终落入黑洞之前形成一个围绕黑洞的扇形图案。(Image credit: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)

一个迄今未被发现的黑洞当它撕裂开并吞噬了一颗太靠近它浪荡的恒星时向天文学家宣布了它的存在。

位于距离地球100万光年远的一个矮星系中的中等质量黑洞在一个天文学家叫潮汐破坏事件（TDE）中粉碎了这颗恒星。当潮汐破坏事件炸出一个如此强大以致它短暂的外照它的矮星系家园每一颗恒星结合的辐射的耀斑时使它自己可见的。

这个潮汐破坏事件可以帮助科学家更好地理解星系和它们内的黑洞之间的关系。它还为天文学家提供另一个来研究的中间黑洞。研究合著者、加州大学圣克鲁兹分校（UCSC）天文学家瑞安·福利在一份声明中说，“这一发现已经创造了广泛的兴奋，因为我们不仅能用潮汐破坏事件在平静的矮星系中来发现更多中等质量的黑洞，还可以来测量它们的质量”。

潮汐破坏事件耀斑——指定为2020neh——最初被天文学家用年轻超新星实验（YSE）观测到，这是一项在黑洞开始吞噬恒星时探测超新星爆炸等短暂的宇宙事件的天文调查。

这个最初的破坏时刻的观测在允许一个由加州大学圣克鲁兹分校科学家和研究第一作者和尼尔斯玻尔研究所天文学家夏洛特·安格斯领导的国际团队来测量黑洞的质量发现它大约在100000和100万倍太阳的质量中是至关重要的。

在过去潮汐破坏事件已经被成功的用于测量超大质量黑洞的质量，但这是第一次它们已经被证明在记录更小的中等质量黑洞质量中起作用。

这意味着最初的快速AT 2020neh耀斑光景可以为未来测量中等黑洞质量提供一个基线。

安格斯说，“我们能够在它吞噬了一颗恒星的同时捕获到这个中型黑洞为我们提供了一个来探测另外会已经隐藏于我们的东西的显著机会，更重要的是，我们能用耀斑本身的属特来更好地理解这组难以捉摸的中等质量的黑洞，它可以解释在星系中心的大部分黑洞”。

天文学家在8.5亿光年外的SDSS J152120.07+140410.5星系中发现了一颗被黑洞撕裂开的恒星。研究人员将美国宇航局的哈勃太空望远镜指向叫AT 2020neh的后果检查，这被显示在图像的中心。哈勃的紫外线照相机看到了一个恒星环围绕AT 2020neh所在的星系核形成。 (Image credit: NASA, ESA, RYAN FOLEY/UC SANTA CRUZ)

这类中等大小的黑洞的质量有一个在太阳的100到10万倍之间的范围，使它们比恒星质量的黑洞质量有意义的大得多，但比坐在大多数星系的核内的超大质量黑洞包括银河系远小得多。

物理学家长期以来怀疑了超大质量黑洞的质量能有大到太阳的数百万甚至数十亿倍的质量，作为中等质量黑洞的合并结果生长到这些巨大的质量。

一种关于促进这种增长的机制的理论提出早期宇宙中充满了占有中间黑洞的矮星系。

随这些矮星系合并或被更大的星系吞噬，它们内部的中间黑洞相互自相残杀，这样质量不断增长。这种越来越大的合并的链过程最终会导致超大质量黑洞巨头坐在今天大多数星系的中心。

联合作者和加州大学圣克鲁兹分校天文学和天体物理学教授恩里科·拉米雷斯-鲁伊斯说，“如果我们能了解在那里中等质量黑洞的数量------有多少黑洞以及它们位于哪里------我们能帮助确定是否我们的超大质量黑洞形成的理论是正确的”。

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一个关注黑洞的增长的理论的问题是所有矮星系确实都有它们自己的中等质量黑洞。这很难来回答，因为随黑洞陷住在一个叫事件地平线的外边界后的光，它们效果上是看不见的，除非它们正在吃食周围的气体和尘埃，或者它们正在潮汐破坏事件中撕裂起恒星。

天文学家能用其他方法比如观察环绕它们的恒星的引力影响来推断黑洞的存在。然而，这些探测方法目前对应用于矮星系中心的遥远黑洞是不够敏感的。

结果是，很少有中等质量的黑洞已经被追踪到矮星系。这意味着通过探测和测量像AT 2020neh这样的中型黑洞潮汐破坏事件耀斑可能是一个在平息围绕超大质量黑洞增长的争论中的至关重要的工具。

该团队的研究于11月10日发表在《自然天文学》杂志上。