不是一个,而是两个巨大的黑洞正在蚕食这个星系
        天文学家已经发现了近 100 个大质量黑洞撕裂和吞噬恒星的例子,几乎所有例子都发生在你期望找到大质量黑洞的地方:在大质量星系的恒星密集核心中。

         加州大学伯克利分校的天文学家现在发现了第一个大质量黑洞将一颗恒星从银河系核心数千光年处撕裂的实例,而银河系核心本身就包含一个巨大的黑洞。

         偏心黑洞,其质量约为是太阳的 100 万倍,隐藏在银河系中央隆起的外部区域,但通过恒星的意大利面状化产生的光爆发而显现出来——这就是所谓的潮汐扰动事件,或 TDE。 在 TDE 中,黑洞的巨大引力拉扯着一颗恒星——类似于月球在地球上掀起海潮的方式,但要猛烈得多。

         “你预计星系中大质量黑洞的经典位置是在中心,就像我们在银河系的中心,“加州大学伯克利分校的米勒博士后研究员姚宇涵说,他是最近在《天体物理学期刊快报》(ApJL) 上发表的一篇关于这一发现的论文的主要作者。 “人们通常在那里搜索潮汐中断事件。 但这一次,它不在中心。 它实际上大约有 2,600 光年的距离。 这是第一个通过光学方式发现的离核 TDE。

         星系的中心大质量黑洞,约 1 亿乘以太阳质量的 Watt S 也在吞噬自己,但消耗的气体已经离得太近而无法逸出。

         对银河系中心大质量黑洞的研究告诉天文学家,像我们这样的星系是演化的,它有一个中心黑洞——被称为 SagA*,因为它位于人马座内——重达 400 万太阳质量。 一些最大的星系有重达 1000 亿个太阳质量的中心黑洞,这可能是许多较小的黑洞合并。

         在星系中心发现两个大质量黑洞并不奇怪。 大多数大型星系被认为在其核心中都有大质量黑洞,并且由于星系在穿越太空时经常发生碰撞和合并,因此大型星系偶尔会隐藏不止一个超大质量黑洞——至少在它们碰撞并合并成一个更大的黑洞之前是这样。 他们通常以隐身模式隐藏,直到他们通过以下方式暴露自己的存在抓住附近的恒星或气体云,产生短暂的光爆发。 然而,这些都是罕见的事件。 天文学家计算出,一个大质量黑洞平均每 30,000 年会遇到一颗恒星一次。

         被称为 AT2024tvd 的新型 TDE 是由 Zwicky Transient Facility 探测到的,Zwicky Transient Facility 是安装在圣地亚哥附近帕洛玛天文台望远镜上的光学相机,并通过无线电、X 射线和其他光学望远镜(包括 NASA 的哈勃太空望远镜)的观测得到证实。

         “大质量黑洞总是位于星系的中心,但我们知道星系会合并——这就是星系生长的方式。 当你有两个星系聚在一起成为一个时,你就会有多个黑洞,“合著者、加州大学伯克利分校天文学副兼职教授瑞安·切尔诺克说。 “现在,会发生什么? 我们预计它们最终会聚集在一起,但理论家预测应该有一群黑洞在星系内部漫游。

        发现这样一个漫游黑洞表明,系统地搜索 TDE 的签名可能会发现更多的流氓黑洞。 这一发现还验证了一项名为 LISA(激光干涉仪太空天线)的太空任务的计划,该任务将寻找来自此类大质量黑洞合并的引力波。

        “这是我们第一次真正看到使用 TDE 如此接近的大质量黑洞,”加州大学伯克利分校的研究员 Raffaella Margutti 说天文学和物理学教授。 “如果这是几个靠得越来越近的超大质量黑洞——这不一定是真的——但如果它们是这样,它们可能会合并并发射引力波,我们将来会通过 LISA 看到。”

         LISA 将补充地面引力波探测器,例如 LIGO 和 Virgo,它们对黑洞或重量不到我们太阳质量几百倍的中子星的合并很敏感,并且具有伸缩性脉冲星闪光的研究,例如 Nanograv 脉冲星计时阵列实验,该实验对重达数十亿太阳质量的超大质量黑洞合并产生的引力波很敏感。 LISA 的最佳位置是几百万太阳质量的黑洞。 LISA 计划在未来十年内推出。

         瞬态爆发

         因为黑洞是不可见的,科学家只能通过检测它们撕碎恒星或气体云并产生明亮、炽热、旋转的物质盘逐渐向内落下。 切尔诺克说,TDE 是黑洞吸积物理学的强大探测器,它揭示了物质在被捕获之前可以离黑洞有多近,以及黑洞发射强大喷流和风所需的条件。

         对 TDE 最高效的搜索使用了来自兹维基瞬态设施的数据,该设施最初用于探测超新星爆炸,但也对天空中的其他闪光很敏感。

         The ZTF自 2018 年以来,已经发现了近 100 个 TDE,全部位于星系的核心内。 X 射线卫星还探测到了一些 TDE,其中两个位于一个星系的外围,该星系也有一个中心黑洞。 然而,在这些星系中,黑洞相距太远,不可能合并。 新发现的黑洞离核心的巨大黑洞足够近,有可能朝它坠落并合并,尽管不会持续数十亿年。

         Yao 指出,两种替代情况可以解释AT2024tvd 中游荡黑洞的存在。 它可能来自一个很久以前与大星系合并的小星系的核心,要么正在穿过更大的星系,要么已经被束缚在一个轨道上,最终可能会使其足够接近,与核心的黑洞合并。 加州大学伯克利分校的另一位博士后研究员

         Erica Hammerstein 作为研究的一部分仔细检查了哈勃图像,但无法找到过去的证据星系合并。

         AT2024tvd 也可能是曾经位于银河系核心的黑洞三重体的前成员。 由于三体轨道的混沌性质,人们会被踢出核心,在银河系中徘徊。

         在星系中搜索偏心黑洞

         Yao 说,由于 ZTF 每年都会探测到北方天空周围数百次闪光,因此迄今为止 TDE 的搜索主要集中在星系核心附近发现的闪光。 她和切尔诺克创造了一种算法来区分超新星和 TDE 产生的光,并使用它来搜索 ZTF 迄今为止的 10,000 次左右的探测,以找到符合星系中心特征的光爆发。

         “超新星在达到峰值后会冷却下来,它们的颜色会变得更红,”姚说。 “TDE 会保持高温数月或数年,并且在整个演化过程中始终保持蓝色。”

         TDE 还表现出氢、氦、碳、氮和硅。

         去年 8 月,伯克利团队发现了一个看起来像 TDE 的光,但它的位置似乎偏离了中心,尽管在 ZTF 的分辨率范围内。 研究人员怀疑黑洞确实偏离了中心,并立即要求用几台望远镜来查明它的位置。 其中包括 NASA 的 Chandra X 射线天文台、甚大阵列和哈勃太空望远镜。 他们都证实了它的离原子核位置,HST 提供的距离约为 2,600 光年 -- 大约是我们太阳和 Sag A* 之间距离的十分之一。

         虽然靠近中心黑洞,但核外黑洞并没有受到引力束缚。 因为核心的黑洞在吸积下落的气体时会喷出能量,所以它被归类为活跃的星系核。

         Yao 和她的团队希望找到其他漫游的 TDE,这将使天文学家了解星系及其核心的频率黑洞会合并,因此需要多长时间才能形成一些极端的超大质量黑洞。

         “AT2024tvd 是光学巡天捕获的第一个偏移 TDE,它为在未来的天空巡天中发现这个难以捉摸的游荡黑洞群体提供了全部可能性,”Yao 说。 “目前,理论家们还没有太多关注抵消 TDE。 它们主要预测发生在星系中心的 TDE 的速率。 我认为这个发现真的激励了他们来计算偏移 TDE 的速率。

         为该论文做出贡献的 34 位合著者来自美国、英国、瑞典、俄罗斯、德国、澳大利亚和荷兰的机构。 ZTF 是一种公私合作伙伴关系,得到 ZTF 伙伴关系和美国的同等支持。 美国国家科学基金会。