2015-01-28
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天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，距離地球30億光年外一個(gè)小星系中心的黑洞，撕碎了一顆路過的恒星，然后被迅速下落的恒星物質(zhì)噎住了…… 圖片來源：astro.columbia.edu
經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)5年的跟蹤觀測(cè)分析之后，天文學(xué)家相信他們目睹了一個(gè)巨大黑洞撕裂一顆恒星的全過程。這項(xiàng)研究本月發(fā)表在《天體物理學(xué)報(bào)》（The Astrophysical Journal）上。
2009年1月21日，美國(guó)麥克唐納天文臺(tái)（McDonald Observatory）的ROTSE IIIb望遠(yuǎn)鏡捕捉到了一起極亮天文事件發(fā)出的閃光。這臺(tái)大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡是ROTSE超新星查證項(xiàng)目（RSVP）的一部分，每個(gè)夜晚都會(huì)拍攝大片天區(qū)的照片，以尋找新近發(fā)生爆炸的恒星。之后，軟件會(huì)自動(dòng)比對(duì)接連拍攝的一系列照片，尋找天空中新出現(xiàn)的明亮天體——比如恒星爆炸或者伽馬暴之類的暫現(xiàn)現(xiàn)象。
2009年發(fā)現(xiàn)的這一事件，絕對(duì)星等達(dá)到-22.5等，明亮程度堪比ROTSE團(tuán)隊(duì)近年來發(fā)現(xiàn)的所謂“超明亮超新星”（已知最明亮的一類恒星爆炸事件）。研究團(tuán)隊(duì)用動(dòng)畫片《南方公園》（South Park）里一個(gè)角色的名字給這一事件起了個(gè)昵稱——“Dougie”，而它的正式學(xué)名則是ROTSE 3J120847.9 + 430121。
研究團(tuán)隊(duì)起初認(rèn)為Dougie可能是一顆超新星，便開始著手尋找它所在的星系（星系本身亮度太暗，ROTSE望遠(yuǎn)鏡無法看到）。他們發(fā)現(xiàn)，斯隆數(shù)字化巡天（SDSS）項(xiàng)目已經(jīng)在Dougie所在的位置上標(biāo)明了一個(gè)暗淡的紅色星系。接下來，研究團(tuán)隊(duì)又用夏威夷的巨型凱克望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)了這個(gè)星系，確定它距離地球足在30億光年。
這些后續(xù)觀測(cè)意味著，Dougie位于這個(gè)星系當(dāng)中——但那里到底發(fā)生了什么事情呢？團(tuán)隊(duì)成員提出了4種可能的情況：超明亮超新星；兩顆中子星發(fā)生并合；伽馬暴；或者“潮汐瓦解事件”——也就是，一顆恒星在靠近星系中心的黑洞時(shí)被引力撕碎。
為了確認(rèn)Dougie的本質(zhì)，科學(xué)家用不同的方法對(duì)它進(jìn)行了研究。他們利用太空中的雨燕號(hào)望遠(yuǎn)鏡（Swift）對(duì)它進(jìn)行了紫外觀測(cè)，又用麥克唐納天文臺(tái)口徑9.2米的霍比－埃伯利望遠(yuǎn)鏡（Hobby-Eberly Telescope）拍攝了許多光譜。最終，他們用計(jì)算機(jī)模擬了不同物理過程發(fā)出的光可能如何來解釋Dougie的各種性質(zhì)——亮度如何隨時(shí)間發(fā)生變化，可能展現(xiàn)出什么樣的化學(xué)指紋——然后再跟Dougie實(shí)際觀測(cè)到的性質(zhì)加以比較。
具體來說，Dougie看起來不像超新星。中子星并合和伽馬暴的可能性也同樣被排除了。
“我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)新天體的時(shí)候，它看起來類似于我們已知的超新星。”這項(xiàng)研究的主要作者、匈牙利賽格德大學(xué)的約瑟夫·溫科（Jozsef Vinko）說，“但持續(xù)監(jiān)測(cè)它的亮度變化之后，我們意識(shí)到這是先前沒有人真正見過的某種現(xiàn)象。查明它有可能是一個(gè)超大質(zhì)量黑洞在吞吃一顆恒星，這番經(jīng)歷相當(dāng)過癮?！?/p>
團(tuán)隊(duì)成員、美國(guó)得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校超新星團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人J·克雷格·惠勒（J. Craig Wheeler）說，“我們意識(shí)到，這可能是一起‘潮汐瓦解’事件。”他解釋說，這意味著一個(gè)黑洞巨大的引力作用于恒星一側(cè)的力量要比另外一側(cè)更大，由此導(dǎo)致的潮汐使得這顆恒星分崩離析。
他說，當(dāng)一顆恒星來到黑洞附近時(shí)，它靠近黑洞的一側(cè)所受的引力要大于背向黑洞的一側(cè)。這種引力差可以很強(qiáng)大，強(qiáng)大到能把這顆恒星拉成面條形狀。
惠勒說，這顆恒星“不會(huì)直接落入黑洞，可能會(huì)先形成一個(gè)盤。但黑洞注定會(huì)吞噬其中的絕大多數(shù)物質(zhì)”。
盡管天文學(xué)家之前看到過黑洞吞噬恒星（數(shù)量總計(jì)還不到10次），但Dougie在其中仍然十分特殊：這顆恒星沒那么容易被吞噬。
美國(guó)哈佛大學(xué)的詹姆斯·吉約雄（James Guillochon）和加利福尼亞大學(xué)圣克魯茲分校的恩里科·拉米雷斯－魯伊斯（Enrico Ramirez-Ruiz）建立的計(jì)算機(jī)模型顯示，瓦解的恒星物質(zhì)發(fā)出了太多的輻射，給物質(zhì)的下落產(chǎn)生了阻力。換句話說，這個(gè)黑洞被快速下落的物質(zhì)噎住了。
根據(jù)Dougie發(fā)光的特征，以及他們推算出的那顆恒星原本的質(zhì)量，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)Dougie在被撕碎之前是一顆類似太陽(yáng)的恒星。
惠勒說，根據(jù)他們對(duì)Dougie所在星系的觀測(cè)，再結(jié)合Dougie的各種性質(zhì)，讓他們得出結(jié)論認(rèn)為，這個(gè)星系中央的黑洞質(zhì)量不算太大，只有太陽(yáng)的大約100萬倍。（做個(gè)比較，《星際穿越》里的卡岡圖雅質(zhì)量是太陽(yáng)的1億倍，而銀河系中心的超大黑洞質(zhì)量是太陽(yáng)的400萬倍。）
探究Dougie的性質(zhì)，還給了解又小又遠(yuǎn)的那些星系帶來了意想不到的結(jié)果。正如惠勒所說，“誰(shuí)知道這個(gè)小不點(diǎn)還擁有一個(gè)黑洞呢？”（編輯：Steed）
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