我国科研团队发现双黑洞吞噬恒星罕见天文现象

据安徽师范大学网站消息，近日，安徽师范大学物电学院舒新文教授研究小组在一个河外星系中发现了一对互相绕转的超大质量双黑洞吞噬恒星的罕见天文现象。这是天体物理学家迄今为止在正常星系中发现的第二例超大质量双黑洞绕转系统。该研究成果近日在线发表于国际顶级期刊《自然·通讯》（Nature Communications），主要合作者包括中科院国家天文台、中国科学技术大学、广州大学、上海天文台、中山大学以及北京大学的科研人员。

当今主流的星系等级成团理论预言宇宙中应存在大量的超大质量双黑洞系统。然而，即便是经过了30多年的研究，天文学家仅在少数几个活动的星系中找到了超大质量双黑洞。由安徽师范大学舒新文教授领导的国内研究团队，以黑洞引力潮汐瓦解恒星事件为突破口，监测事件发生后X射线辐射的演化特性，最终成功发现迄今为止人类已知的第二例双黑洞引力潮汐撕裂恒星的罕见现象。该成果对于刻画正常星系中休眠双黑洞的分布、揭露星系增长和宇宙大尺度结构形成机制、检验现有的引力理论、以及为下一代引力波探测器提供有效波源等研究领域都具有重要意义。

黑洞是广义相对论预言的奇妙天体，具有独特的时空结构，存在视界面，即进入视界面的所有物质包括光线都无法逃脱并最终落入奇点。英国牛津大学彭罗斯教授因为黑洞奇点的理论研究成就获得2020年度诺贝尔物理学奖。目前已知的黑洞大致分为两大类：第一类是大质量恒星死亡后遗留的产物，质量在几倍到几十倍太阳质量之间，称作恒星级黑洞；另一类质量为太阳的百万倍以上，称为超大质量黑洞，一般位于星系的核心。2015年人类首次探测到恒星级黑洞并合触发的引力波事件（2017年诺贝尔物理学奖），开启了引力波与电磁辐射相结合的多信使天体物理学研究时代。根据现有等级成团星系演化理论，宇宙中应存在大量的超大质量双黑洞系统。然而，即便是经过了30多年的研究，天文学家仅在少数几个活动的星系中找到了超大质量双黑洞。如何寻找和探测超大质量双黑洞系统是当今物理学和天文学最重要的前沿问题之一。

当一个恒星运动到太靠近黑洞的位置时会被其强大潮汐引力撕裂瓦解，进而被黑洞吞噬，同时释放出短暂的剧烈电磁波辐射，称为黑洞潮汐撕裂恒星事件。通过探测星系中心的X-射线或紫外/光学闪耀信号，可以窥视黑洞如何影响周围物质的行为。理论计算表明当互相绕转的超大质量双黑洞之一潮汐撕裂恒星产生X射线闪耀时，另外一个黑洞的引力会间歇性阻断被瓦解的恒星碎片内流，导致X-射线闪耀急剧变暗进而恢复亮度的奇特光变图案。研究团队通过分析美国宇航局Swift卫星和欧洲空间局XMM-Newton卫星观测资料，在一个距离地球约26亿光年之遥的星系中成功发现了理论预言的急剧变暗和可重复的X射线闪耀现象，给出双黑洞吞噬恒星的强烈观测证据。这是继论文的合作者、北京大学刘富坤团队发现首例双黑洞吞噬恒星事件后的第二例此类罕见天文现象，对揭示正常星系中休眠双黑洞的分布、构建黑洞潮汐撕裂恒星的全景演化图像、检验现有的引力理论、以及为下一代引力波探测器提供有效波源具有重要意义。