天文学家预测超大质量黑洞对一颗围绕行星的“进食时间”

通过使用来自美国宇航局钱德拉 X 射线天文台和尼尔-盖尔斯-斯威夫特天文台以及欧空局XMM-牛顿天文台的新数据，一个研究小组在了解超大质量黑洞如何以及何时获得并消耗物质方面取得了重要进展。新发现揭示了一颗恒星围绕超大质量黑洞的危险旅程，导致周期性的破坏和强烈的光辐射，帮助天文学家预测未来的宇宙事件。

• 天文学家正确预测了一个巨型黑洞吃完"上一顿饭"的时间--并计算出了它未来进食的时间表。

• 在距离地球约 8.6 亿光年的一个星系中，一颗恒星正围绕着一个超大质量黑洞运行。

• 每当恒星最接近黑洞时，黑洞就会从恒星上扯下一些碎片，并吞噬其中的一部分。

• 美国国家航空航天局（NASA）的钱德拉望远镜、雨燕望远镜和欧空局（ESA）的XMM-牛顿望远镜提供的数据为天文学家提供了有关这些 "大餐 "发生时间的信息。

研究人员利用先进的望远镜观测到，在一个遥远的星系中，一颗恒星每隔 3.5 年就会与一个超大质量黑洞进行一次破坏性的舞蹈，从而产生壮观的 X 射线和紫外光爆发。这项正在进行的研究有助于预测恒星的命运和黑洞的觅食模式。图片来源：NASA/CXC/M.Weiss

这幅艺术家印象图显示的是一颗恒星，它的部分结构已经被AT2018fyk星系中的黑洞破坏。AT2018fyk 中的超大质量黑洞（质量约为太阳的 5000 万倍）位于一个星系的中心，该星系距离地球约 8.6 亿光年。

天文学家已经确定，一颗恒星正围绕 AT2018fyk 中的黑洞运行在一条高度椭圆的轨道上，因此它与黑洞的最远接近点要比最近接近点大很多。在最接近黑洞的过程中，黑洞的潮汐力会从恒星上拉出一些物质，产生两条"恒星碎片"的潮汐尾流。

图中显示的是恒星被部分摧毁后不久轨道上的一个点，此时潮汐尾流仍在恒星附近。在恒星轨道的后期，被破坏的物质返回黑洞并失去能量，导致轨道后期的 X 射线亮度大幅增加（此处未显示）。这个过程在恒星每次返回其最近接近点时都会重复，大约每 3.5 年一次。图中描述的是恒星在其第二个轨道上的情况，以及黑洞周围的 X 射线辐射气体盘，它是第一次潮汐相遇的副产品。

AT2018fyk 的 X 射线和光学图像。图片来源：X射线：NASA/SAO/Kavli Inst. at MIT/D.R. Pasham；光学：NSF/Legacy Survey/SDSS

研究人员在2018年注意到了AT2018fyk，当时光学地基巡天ASAS-SN探测到这个系统变得更亮了。在利用美国宇航局的NICER和钱德拉以及XMM-牛顿对其进行观测后，研究人员确定亮度的飙升来自于"潮汐破坏事件"，即TDE，它预示着一颗恒星在飞离黑洞太近后被完全撕裂并部分吞噬。AT2018fyk的钱德拉数据显示在一个更宽视场的光学图像的插页中。

当被摧毁恒星的物质接近黑洞时，它变得更热，并产生X射线和紫外线（UV）光。随后，这些信号逐渐消失，这与恒星没有留下任何东西供黑洞消化的观点一致。

然而，大约两年后，银河系的X射线和紫外线又变得明亮多了。天文学家认为，这意味着这颗恒星很可能经受住了黑洞最初的引力抓捕，然后进入了与黑洞高度椭圆的轨道。在第二次接近黑洞的过程中，更多的物质被吸走，产生了更多的X射线和紫外线。

根据他们对这颗恒星及其轨道的了解，一组天文学家预测黑洞的第二顿大餐将于2023年8月结束，并申请了钱德拉观测时间来验证。2023 年 8 月 14 日的钱德拉观测结果确实显示出黑洞进食即将结束的征兆，X 射线突然减少。研究人员还更好地估算了恒星完成一个轨道所需的时间，并预测了黑洞未来的进食时间。

描述这些结果的论文发表在2024年8月14日出版的《天体物理学杂志》上。

编译自/ScitechDaily