凶猛的黑洞每次经过时都会吞噬三倍于地球的恒星

莱斯特大学天文学家发现的 X 射线大规模爆炸表明，三倍于地球质量的物质正在燃烧…… 黑洞。

附近星系中像太阳这样的恒星正在逐渐被一个小而贪婪的黑洞吞噬，每次经过时都会失去相当于三颗类地行星的质量。

莱斯特大学天文学家的这一发现于 9 月 7 日发表在期刊上 自然天文学 它提供了我们对黑洞的了解中“缺失的一环”，黑洞扰乱了它们绕轨道运行的恒星。 这表明还有一大批恒星正在被吞噬，但仍未被发现。

该团队得到了英国航天局和英国科学技术设施委员会（STFC）的支持。

发现详情

天文学家收到一道明亮的 X 射线闪光的警报，该闪光似乎来自附近星系 2MASX J02301709+2836050 的中心，距离该星系约 5 亿光年。 银河系。 这颗小行星被命名为 Swift J0230，在它第一次出现的那一刻就被 Neil Gehrels Swift 天文台的科学家们开发的新仪器观测到了。 他们很快安排了对其进行更快速的观察，发现它并没有像预期的那样消失，而是会明亮地闪烁 7 到 10 天，然后突然熄灭，大约每 25 天重复一次这个过程。

发生新事件的星系的视觉图像，取自 PanSTARRS 档案数据。 X射线物体位于白色圆圈内的某处，在100米处大约有针头大小。 还显示了一颗两岁超新星的位置。 图片来源：Daniele B. 马里萨尼/潘斯塔斯

连接缺失的部分

在所谓的准周期性爆炸和周期性核爆炸中也观察到了类似的行为，其中恒星的物质在其轨道接近时被黑洞撕裂，但它们爆发的次数不同，并且在无论它们是否爆炸。 X射线或可见光的爆炸占主导地位。 Swift J0230 的排放规律在两者之间有所下降，这表明它构成了两种类型喷发之间的“缺失环节”。

以这两类事件的拟议模型为指导，科学家们得出结论，Swift J0230 的爆炸代表了一颗与太阳大小相似的恒星，在围绕其星系中心低质量黑洞的椭圆轨道上运行。 。 当恒星的轨道接近黑洞的强烈引力时，相当于三颗类地行星质量的物质从恒星的大气层中被提取出来，并在落入黑洞时被加热。 极端高温，约200万度 摄氏度，释放出大量 X 射线，这些 X 射线首先被 Swift 卫星捕获。

现在你看不见了，现在你看见了！ Swift J0230 喷发前（左）和喷发后（右）天空中同一位置的 X 射线图像。 这些图像是由 Swift 卫星上的 X 射线望远镜拍摄的。 图片来源：Phil Evans（莱斯特大学）/NASA SWIFT

专家见解

主要作者、莱斯特大学物理与天文学学院的菲尔·埃文斯博士说：“这是我们第一次看到像太阳这样的恒星反复被低质量黑洞撕裂和吞噬。 这些所谓的“频繁和部分潮汐扰动”事件本身就是一个全新的发现，似乎分为两种类型：每隔几个小时爆发一次的事件和每年左右爆发一次的事件。 这个新系统正好位于这些元素之间的间隙中，当你运行数字时，你会发现所涉及的对象类型也都到位了。

与埃文斯博士一起研究雨燕卫星的罗布·艾尔斯-费里斯博士最近在莱斯特大学完成了博士学位，研究方向是研究被黑洞扰乱的恒星。 “在我们过去见过的大多数系统中，恒星都被完全摧毁了，”他解释道。 Swift J0230 是对湍流恒星类别的一个令人兴奋的补充，部分原因是它向我们表明，这些先前发现的天体的两类确实相关，而我们的新系统为我们提供了缺失的链接。

尼尔女孩斯威夫特天文台的插图。 图片来源：美国宇航局

敬请期待更多发现

莱斯特大学的 Kim Page 博士分析了该研究的数据，他表示：“鉴于我们在启用新瞬态捕获器后的几个月内就发现了 Swift J0230，我们预计还会有更多。” 诸如此类的事情就在那里，等待着我们去发现。

克里斯·尼克松博士是一位理论天体物理学家，最近从莱斯特大学转到利兹大学。 他主导了这一事件的理论解释。 他的研究由英国科学技术设施委员会和 Leverhulme Trust 资助。

研究人员估计，黑洞的质量约为太阳质量的 10,000 至 100,000 倍，这对于通常在星系中心发现的超大质量黑洞来说非常小。 银河系中心的黑洞据信质量为400万个太阳质量，而大部分黑洞位于质量为1亿个太阳质量的区域。

这是使用新的 Swift 卫星瞬态探测器做出的第一个发现，该探测器由莱斯特大学团队开发并在他们自己的计算机上运行。 当极端事件导致天空中以前没有X射线的区域发生X射线爆发时，天文学家将其称为天文X射线瞬变。 尽管它们预示着极端事件，但这些事件并不容易找到，或者至少不容易找到——因此开发这个新工具是为了实时搜索新型瞬变。

“在我们建造这个新设施之前，这种类型的物体是无法检测到的，不久之后我们就发现了这个全新的、前所未见的事件，”埃文斯博士补充道。 斯威夫特快20岁了，他突然发现了我们以前不知道存在的全新事件。 我认为这表明，每当你找到一种看待太空的新方法时，你就会学到新的东西，并发现有一些你以前不知道的东西。

国际合作及未来展望

英国航天局空间科学主管卡罗琳·哈珀博士表示：“这是世界领先的雨燕号任务的另一个令人兴奋的发现——一个低质量黑洞，在绕轨道运行时受到类太阳恒星的‘咬’” ”。 足够接近。

“英国航天局正在与 美国宇航局 多年来坚守这一使命； 英国主导了两种关键科学仪器的硬件开发，我们为 Swift 科学数据中心提供了资金，我们将继续支持该中心。 我们期待斯威夫特在未来对整个宇宙的伽马射线爆发以及它们引起的大规模事件有更多的见解。

有关这一发现的更多信息，请参阅美国宇航局的“迅捷间谍”类太阳恒星被一点点吞噬。

参考资料：“由大质量黑洞反复发生的恒星扰动导致的准周期性月度爆发” 作者：PA Evans、CJ Nixon、S. Campana、P. Charalampopoulos、DA Perley、AA Breeveld、KL Page、SR Oates、RAJ Eyles-Ferris ，D. P. Malesani、L. Izzo、M. R. Goad、P. T. O’Brien、J. P. Osborne、B. Sparovati，2023 年 9 月 7 日， 自然天文学。
DOI：10.1038/s41550-023-02073-j