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原文：美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)
日期：2018年6月14日
翻譯：陸寅楓
校對(duì)：陳艷玲、汪榮鑫
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藝術(shù)想象圖。當(dāng)恒星以過(guò)近的距離經(jīng)過(guò)一個(gè)超大質(zhì)量黑洞時(shí)，前者會(huì)被撕碎，而后者則噴發(fā)出一道物質(zhì)噴流，天文學(xué)家將此概念稱為潮汐瓦解事件(tidal disruption event, TDE)。
Credit: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF
一顆恒星以過(guò)近的距離經(jīng)過(guò)一個(gè)超大質(zhì)量黑洞時(shí)會(huì)被強(qiáng)大的引力撕碎，而黑洞則噴發(fā)出一道高速的物質(zhì)噴流。天文學(xué)家第一次親眼目睹了這樣一條物質(zhì)噴流的形成與擴(kuò)張。
科學(xué)家使用了包括甚長(zhǎng)基線陣列(Very Long Baseline Array, VLBA)在內(nèi)的射電與紅外望遠(yuǎn)鏡對(duì)此次事件進(jìn)行了跟蹤觀測(cè)，它發(fā)生在一對(duì)編號(hào)為Arp 299的正在相撞的星系中，距地球大約1.5億光年之遠(yuǎn)。其中一個(gè)星系的中心是一個(gè)兩千萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，它撕裂了一個(gè)超過(guò)兩倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星，引發(fā)了一系列事件讓我們得以一窺這場(chǎng)充滿暴力的邂逅背后的細(xì)節(jié)。
盡管科學(xué)家們認(rèn)為潮汐瓦解事件(TDE)應(yīng)該是一個(gè)較普遍的現(xiàn)象，到目前為止卻只有極少數(shù)被探測(cè)到。理論學(xué)家認(rèn)為被撕裂的恒星在黑洞周圍形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)盤，發(fā)出高強(qiáng)度的X射線和可見(jiàn)光，并以接近光速的速度噴發(fā)出一道垂直于物質(zhì)盤的噴流。
“在此之前，我們從來(lái)沒(méi)有直接觀測(cè)到過(guò)這樣的噴流的形成與進(jìn)化”，西班牙安達(dá)盧西亞天體物理中心的Miguel Perez-Torres說(shuō)。
藝術(shù)想象圖。圖片顯示了Arp 299，一對(duì)正在相撞的星系。黑洞位于較下方的那個(gè)星系(Arp 299B)，而上方的與之相撞的便是Arp 299A。
Credit: NRAO/NSF; NASA, STScl
最初，天文學(xué)家于2005年1月30日使用位于西班牙加那利群島的威廉·赫歇爾望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到了一道紅外線波段的明亮的爆發(fā)，爆發(fā)中心位于名為Arp 299的一對(duì)正在相撞的星系中的一個(gè)的核心。同年7月17日，甚長(zhǎng)基線陣列在相同的位置接收到了另一個(gè)不同的射電訊號(hào)?！半S著時(shí)間的流逝，這場(chǎng)事件在紅外和無(wú)線電波段保持了不變的亮度，可是在可見(jiàn)光和X射線波段卻有顯著下降”，來(lái)自芬蘭圖爾庫(kù)大學(xué)的Seppo Mattila說(shuō)，“最有可能的解釋是在星系中心附近厚厚的星際氣體和塵埃吸收了X射線和可見(jiàn)光，并以紅外光的形式重新輻射出來(lái)。”研究人員使用了位于加那利群島的北歐光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和NASA的斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡跟蹤觀測(cè)了該星系中心的紅外線放射。
接下來(lái)超過(guò)十年的時(shí)間中，研究人員使用甚長(zhǎng)基線陣列，歐洲甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量網(wǎng)絡(luò)(EVN)，和其他射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)該事件進(jìn)行了持續(xù)的觀測(cè)，結(jié)果顯示射電發(fā)射源只朝著一個(gè)方向擴(kuò)張，就像噴流那樣。對(duì)擴(kuò)張的測(cè)量表明噴流中的物質(zhì)移動(dòng)速度大約為光速的25%。
近十年的時(shí)間中，由當(dāng)初的一個(gè)明亮的爆發(fā)逐漸演變?yōu)楝F(xiàn)在清晰可見(jiàn)的物質(zhì)噴流。
Credit: Mattila, Perez-Torres, et al.; Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
這些觀測(cè)之所以動(dòng)用這么多射電望遠(yuǎn)鏡，相互之間又隔著數(shù)千公里，為的就是達(dá)到必須的分辨能力，使獲得的圖片能呈現(xiàn)足夠的細(xì)節(jié)，這樣天文學(xué)家才能看到數(shù)億光年外的一道噴流的擴(kuò)張。而科學(xué)家十年的耐心觀測(cè)終于有所回報(bào)——他們終于能親眼目睹這樣的一條噴流。絕大多數(shù)的星系中心都有著這樣的超大質(zhì)量黑洞，數(shù)百萬(wàn)到數(shù)億倍太陽(yáng)質(zhì)量不等。他們的密度是如此之高以至于他們周圍的引力強(qiáng)到連光都無(wú)法逃脫。當(dāng)這些黑洞在活躍地從他們的周圍吸收物質(zhì)時(shí)，這些物質(zhì)會(huì)在黑洞附近形成吸積盤，并爆發(fā)出一道垂直于吸積盤的超高速物質(zhì)噴流。這就是在射電星系和類星體中看到的現(xiàn)象。
“但絕大多數(shù)時(shí)候黑洞并沒(méi)有在吞噬周圍的任何東西，所以它們一直處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)“，Perez-Torres解釋道，“潮汐瓦解事件可以為我們提供一個(gè)特殊的機(jī)會(huì)來(lái)增進(jìn)我們對(duì)這些天體周圍的物質(zhì)噴流的形成與進(jìn)化的理解?！?/p>
在廣袤的宇宙中這樣的事件可能比我們預(yù)想的要普通的多，所以研究它們可以幫助科學(xué)家理解數(shù)十億年前星系發(fā)展的環(huán)境?？茖W(xué)家們認(rèn)為這場(chǎng)發(fā)現(xiàn)本身是一個(gè)大大的驚喜。最初發(fā)現(xiàn)那個(gè)紅外線波段的爆發(fā)時(shí)，科學(xué)家正在一個(gè)做另一個(gè)毫不相干的項(xiàng)目——尋找正在相撞的星系中的超新星爆發(fā)。科學(xué)家當(dāng)時(shí)已經(jīng)在Arp 299中探測(cè)到了好些超新星爆發(fā)，因此Arp 299也被稱為“超新星工廠”。
不出意料地，起初這個(gè)事件也被認(rèn)為是一場(chǎng)超新星爆發(fā)。直到2011年，最初發(fā)現(xiàn)的6年過(guò)后，射電源似乎呈現(xiàn)出了長(zhǎng)條狀。接下來(lái)的監(jiān)視表明擴(kuò)張正在繼續(xù)，這也告訴了科學(xué)家他們正在看的并不是又一個(gè)超新星爆發(fā)，而是一道物質(zhì)噴流。Mattila和Perez-Torres隨后便與來(lái)自世界各地26個(gè)機(jī)構(gòu)的39名科學(xué)家組成了一個(gè)團(tuán)隊(duì)來(lái)對(duì)該事件進(jìn)行后續(xù)研究。他們最終的研究成果發(fā)表于6月14的學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。
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圖片來(lái)源：NASA
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