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巨大黑洞摧毁恒星发出回响信号:爆发能量照亮周围天体
巨大黑洞摧毁恒星发出回响信号:爆发能量照亮周围天体
作者:任天 | 2016/9/20 10:21:27 | 浏览:1493 | 评论:0

巨大黑洞摧毁恒星发出回响信号:爆发能量照亮周围天体

天文学家已经探测到了被超大质量黑洞摧毁的恒星所发出的回响信号。上图描绘了恒星被超大质量黑洞撕裂时发出的物质流。

 巨大黑洞摧毁恒星发出回响信号:爆发能量照亮周围天体

在恒星被摧毁的同时,会产生由高能紫外线和X射线组成的闪光,会摧毁黑洞周围靠得太近的尘埃。剩余的尘埃会形成围绕在黑洞周围的圆盘形“壳”(shell)结构。

巨大黑洞摧毁恒星发出回响信号:爆发能量照亮周围天体

超大质量黑洞位于所有已知星系的中心,提供了维持星系所需的引力。它们会在垂直于星系盘的方向上产生密集的气体喷流。

超大质量黑洞是宇宙中密度最高的物体,它们所提供的引力能维持整个星系作为一个整体。但是,超大质量黑洞也是怪物一般的存在,能将靠得太近的恒星撕碎并吞噬。现在,天文学家已经探测到了被这些巨大黑洞摧毁的恒星所发出的回响信号。

天文学家把这些毁灭性的事件称为“恒星潮汐撕裂”(stellar tidal disruption),事件过程中发出的巨大能量会产生照亮周围天体的明亮闪光。

利用美国航空航天局(NASA)的广域红外线巡天探测卫星(Wide-field Infrared Survey Explorer,简称WISE)获得的数据,天文学家揭示了恒星潮汐撕裂发生时,周围的尘埃吸收闪光的能量,并像回声一样重新将能量释放出来的过程。对这些事件所释放能量的测量也比以往精确得多。

这项研究发现了三次这样的事件,其结果将帮助天文学家对超大质量黑洞的规模,以及它们如何影响周围空间有更深入的了解。研究第一作者、约翰霍普金斯大学的天文学家Sjoert van Velze说:“这是我们第一次从多次潮汐撕裂事件中清晰地观察到红外光回响。”

他的研究发表在近期的《天体物理杂志》(Astrophysical Journal)上。研究中对5次可能的潮汐撕裂事件进行了分析,并在其中三次事件中发现了红外光回响。据报道,在另一项独立的研究中,中国科学技术大学的研究者发现了第四例可能的红外光回响。

这些发现将帮助天文学家对遥远星系中央,围绕在超大质量黑洞周围的尘埃进行新的估计,从而为估算黑洞规模及其对星系的影响提供关键信息。当恒星被拉入超大质量黑洞中时,它们会延伸、拉长,这一过程被称为“意大利面化”(spaghettification)。

在恒星被摧毁的同时,会产生由高能紫外线和X射线组成的闪光,会摧毁黑洞周围靠得太近的尘埃。剩余的尘埃会形成围绕在黑洞周围的圆盘形“壳”(shell)结构。这层尘埃壳会吸收闪光的能量,之后以红外辐射的形式将能量释放出去。

“黑洞摧毁了介于它自身和尘埃壳之间的一切,” Sjoert van Velze说,“这就像黑洞通过扔火把的方式清理了自己的房间。”在这些新研究中,天文学家使用了一种被称为“光子混响”(photo-reverberation)的技术,对尘埃发出的光线进行了详细研究。他们测量了原始闪光与后发红外闪光之间的延迟,从而确定黑洞与尘埃之间的距离。

共同作者、NASA喷气动力实验室的天文学家Varoujan Gorjian博士说:“我们的研究证实了尘埃的存在,并且我们能利用这些尘埃来确定恒星被摧毁时发出了多少能量。”(任天)

 

计算机模拟银河系演变:揭示超新星与矮星系相互关系

我们今天看到的银河系是经过数十亿年时间演变而成的。最开始只是一团松散的物质,慢慢形成了巨大的、由恒星组成的螺旋形圆盘。面对如此复杂的银河系,天文学家多年来一直试图更深入地了解。如今,借助最详细的计算机模拟结果,我们可以在几秒钟之内一睹银河系形成的过程。

巨大黑洞摧毁恒星发出回响信号:爆发能量照亮周围天体

预测结果表明,在银河系外围可能存在着大量的矮星系,但其中只有30%能被实际看到。图中的条纹是一个矮星系被撕裂之后的潮汐尾迹。

该模拟回答了天文学家几十年来想要解决的问题;预测结果表明,在银河系外围可能存在着大量的矮星系,但其中只有30%能被实际看到。矮星系的数量是根据暗物质在银河系周围聚集的方式来预测的。此前,天文学家也试图用计算机模拟来解决矮星系的问题——被称为“消失的卫星”问题——但直到目前都没有最终答案。

不过,加州理工学院的研究者此次模拟得到了合乎预测的矮星系数量。研究第一作者、加州理工学院和卡内基天文台的博士后安德鲁·韦策尔(Andrew Wetzel)说:“当我看到模拟运算最终得出的矮星系数量与我们在银河系周围观测到的情况吻合时,那是一个令人惊喜的时刻。”

巨大黑洞摧毁恒星发出回响信号:爆发能量照亮周围天体

模拟出来的银河系图像。这是两千台计算机一起运算获得的结果。

此次模拟用了两千台计算机,同时运行时间一共达70万小时。模拟结果还显示,巨型恒星的爆发可能会摧毁许多小星系,这一过程在之前的研究中被忽略了。巨大的恒星死亡时,它们自身会塌缩,并形成被称为“超新星”的大规模爆发。该模拟发现了来自于超新星的气流,其速度能达到每秒数千公里,“能将一个小星系的气体和恒星吹走,”韦策尔说道。

此前的计算机模拟并未考虑到这些气流的影响。“我们之前觉得,或许我们对这些模拟中暗物质情况的理解并不正确,但这些新的结果显示,我们并不需要修改对暗物质的设定,”韦策尔说,“当能更精确地模拟超新星时,我们就会得到答案。”相关研究的结果发表在近日的《天体物理杂志通讯》(Astrophysical Journal Letters)上。

“在一个星系中,可能存在着1000亿颗恒星,互相牵引,更不必说其他我们看不到的东西,比如暗物质,”主要研究者、加州理工学院的理论天体物理学家菲尔·霍普金斯(Phil Hopkins)说,“为了模拟这一点,我们给予超级计算机一些描述这些相互关系的方程,让它反复演算这些方程,然后看最终会有什么结果。”

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