NASA捕捉到黑洞在史诗般的碰撞中摧毁双星的画面

一个巨大的黑洞撕裂了一颗恒星，其残余物散落成一个碎片盘，现在威胁着附近的另一个天体--可能是另一颗恒星或一个以前安全的更小的黑洞。这一发现是通过NASA 的钱德拉 X 射线天文台、 哈勃太空望远镜的观测发现的、 NICER （中子星内部成分探测器）、Neil Gehrels Swift 天文台和其他望远镜提供了关键证据，将两个以前神秘的现象联系起来。

黑洞与两颗恒星的激烈碰撞揭示了神秘的宇宙 X 射线暴。 钱德拉和哈勃的观测数据揭示了恒星碰撞和碎片盘膨胀的动态过程。 资料来源：X射线： NASA/CXC/Queen's Univ. Belfast/M. Nicholl et al. Nicholl et al.; Optical/IR: PanSTARRS， NSF/Legacy Survey/SDSS; Illustration： Soheb Mandhai / The Astro Phoenix；图像处理： NASA/CXC/SAO/N. 沃克

当科学家发现星系核心的恒星碰撞时，一个黑洞的破坏力就展现出来了。 一颗被撕裂的恒星形成了一个碎片盘，碎片盘遇到了第二颗恒星，引发了重复的X射线暴。 这个由多个天文台共同见证的戏剧性相遇将两个宇宙之谜联系在了一起，为准周期性爆发和潮汐破坏事件提供了线索。

2019 年，天文学家探测到了一颗恒星的信号，这颗恒星冒险太靠近黑洞，在那里被强大的引力撕裂。 它的残骸在黑洞周围形成了一个漩涡盘--一种"恒星墓地"。

在过去的几年里，这个碎片盘不断向外扩展，现在位于另一个天体的轨道上，这个天体在曾经安全的距离上环绕着黑洞。 现在，这个天体每隔48小时就会穿过碎片，每次碰撞都会产生X射线爆发--钱德拉望远镜捕捉到了这一现象，为天文学家提供了观察黑洞周围剧烈相互作用的罕见视角。

英国贝尔法斯特皇后大学的马特-尼科尔（Matt Nicholl）是本期《自然》杂志上这项研究的第一作者。"在这个对比中，恒星就像潜水员，而黑洞则是水池，恒星每次撞击黑洞表面都会产生巨大的气体和X射线'水花'。 当恒星围绕黑洞运行时，它会一次又一次地这样做。"

科学家们记录了许多天体过于接近黑洞并在一次光爆中被撕裂的案例。 天文学家称这些为"潮汐破坏事件"。 近年来，天文学家还发现了一类来自星系中心的新的强闪光，它们只在X射线中被探测到，并且重复多次。 这些事件也与超大质量黑洞有关，但天文学家无法解释是什么导致了半规则的X射线爆发。 他们把这些事件称为"准周期性爆发"。

合著者、麻省理工学院的迪拉杰-帕沙姆（Dheeraj Pasham）说："人们曾热切地猜测这些现象之间存在联系，现在我们发现了它们之间存在联系的证据。在解开谜团方面，这就像是宇宙二选一。"

钱德拉望远镜和其他望远镜已经发现了一个超大质量黑洞，它已经撕碎了一颗恒星，现在正利用恒星的残骸撞击另一颗恒星或更小的黑洞。 这幅艺术家绘制的插图显示了一个超大质量黑洞（右图所示）通过强大的潮汐力摧毁一颗恒星后形成的物质盘（红色、橙色和黄色）。 几年后，这个圆盘向外扩张，直到它开始与巨型黑洞周围的另一个轨道天体--一颗恒星或一个小黑洞--相交。 每次这个天体撞向圆盘时，都会发出钱德拉探测到的X射线。 图片来源：X 射线： NASA/CXC/Queen's Univ. Belfast/M. Nicholl et al. Nicholl et al.; Optical/IR: PanSTARRS， NSF/Legacy Survey/SDSS; Illustration： Soheb Mandhai / The Astro Phoenix；图像处理： NASA/CXC/SAO/N. Wolk

AT2019qiz揭开神秘的面纱

这个现在被称为 AT2019qiz 的潮汐扰动事件是由帕洛玛天文台的一台名为兹威基瞬变设施的宽视场光学望远镜在 2019 年首次发现的。 2023 年，天文学家利用钱德拉和哈勃望远镜研究了潮汐扰动结束后留下的碎片。

钱德拉数据是在三次不同的观测中获得的，每次观测相隔约 4 到 5 个小时。 钱德拉探测器的总曝光时间约为 14 小时，在第一次和最后一次观测中只发现了微弱的信号，但在中间的观测中发现了非常强的信号。

此后，Nicholl 和他的同事利用 NICER 频繁观测 AT2019qiz，以发现重复的 X 射线爆发。 NICER的数据显示，AT2019qiz大约每48小时爆发一次。 斯威夫特和印度 AstroSat 望远镜的观测证实了这一发现。

揭示星盘的大小和影响

与钱德拉观测同时获得的哈勃紫外线数据，使科学家们能够确定超大质量黑洞周围圆盘的大小。 他们发现，这个圆盘已经变得足够大，如果有任何天体以大约一周或更短的周期围绕黑洞运行，它就会与圆盘相撞并引起爆发。

牛津大学的安德鲁-穆默里（Andrew Mummery）说："这是我们对这些定期喷发起源的认识上的一大突破。我们现在意识到，在一颗恒星被撕裂后，我们需要等待几年才能'开启'喷发，因为圆盘需要一些时间才能扩散到足够远的地方，以遇到另一颗恒星。"

这一结果对于寻找更多与潮汐扰动相关的准周期性爆发具有重要意义。 找到更多这样的天体将使天文学家能够测量超大质量黑洞周围近轨道天体的普遍性和距离。 其中一些可能是计划中的未来重力波e天文台的绝佳目标。 美国国家航空航天局（NASA）的飞行任务是一个不断扩大的全球飞行任务网络的一部分，该网络具有不同但互补的能力，可以观察到类似的变化，从而揭开宇宙运行的奥秘。

2024年10月9日，《自然》首次在线发表了描述这些结果的论文。 该论文的印刷版还刊登在10月24日出版的《自然》杂志上。

编译自/ScitechDaily