天文学家发现潮汐瓦解事件

天文学家们进行了长达十年的跨国合作，跟踪观察了一个黑洞吞噬恒星的事件，从而有可能解开早期宇宙中的星系形成之谜。

李·比林斯（Lee Billings）

利用世界各地望远镜收集起来的长达十年的数据，科学家们捕捉到了新的细节：一个巨型黑洞正在吞噬一颗不幸的恒星，他们观察到这个黑洞吞噬其猎物时以接近光的速度喷出一股物质射流。该研究成果发表在不久前出版的《科学》杂志上，有助于研究人员更加清楚地了解黑洞是如何成长的，又是如何影响星系周围环境的。

研究论文的作者之一、西班牙安达卢西亚天体物理学研究所的米格尔·佩雷兹-托雷斯（Miguel Pérez-Torres）说：“对于黑洞吞噬恒星事件中射流的形成和演化情况，我们以前从未直接观察到过。”

2005年1月，科学家们首先发现了该事件的迹象。当时，芬兰图尔库大学天文学家塞波·马提拉（Seppo Mattila）领导的一个研究小组发现了Arp 299内部一个明亮的点状红外光源。Arp 299是一对正在合并的星系，距离地球1.5亿光年。同年7月，佩雷兹-托雷斯带领着另外一个研究小组重新分析了以前收集的资料，证实同一区域有一个强烈的无线电波源。

两个研究小组都一直在碰撞中的Arp 299星系核心附近寻找超新星，其核心处是一个尘埃遮盖的区域，其中充满了气体云团和由于正在合并而新形成的巨型恒星。起初，他们认为他们所发现的正是一颗超新星，这种大规模恒星爆炸在可见光和X射线波长范围内特别明亮。但是，由于星系Arp 299的中心被尘埃遮盖，大部分可见光和X射线都将会被尘埃吸收，以红外光的形式重新散发辐射，然后超新星残骸将会发出无线电波。然而，随后利用美国国家航空航天管理局（NASA）的斯皮策太空望远镜进行了观测，结果表明这个光源太明亮了，所发出的光比一个典型的小规模星系还要明亮几百倍。这说明，这个光源根本不是一颗超新星，而是一起潮汐瓦解事件（TDE）——一颗恒星正在被一个超大质量黑洞撕裂。

在潮汐瓦解事件中，被撕裂的恒星大约有一半从黑洞中甩出，另一半则沉入黑洞之中，堆积在洞穴周围，融入旋转的发光碎片盘中，这个发光盘可能会被误认为是超新星。然而，这次是不可能搞错的，潮汐瓦解事件还有另外一个特征：由于强烈磁场产生的扭曲作用，恒星物质双射流就像拉断的橡皮筋那样，以接近光的速度从黑洞附近喷出。射流冲进弥漫于星际空间的气体中，产生大量的无线电波，从地球上有可能会看到这些无线电波。因此，马提拉、佩雷兹-托雷斯和34名另外的合作者组织了一场跨国研究行动，利用全球的射电望远镜网络来获取高分辨率射电源图片，耐心地定期监测这个射电源的大小和形状，寻找射流的迹象。

2011年，研究人员的耐心开始得到回报——那个点状光源开始向无线电波长靠拢，这可能是由于释放出射流而造成的。2015年年底，点状光源扩张为一条光带，研究小组为其扩张的速度进行了计时，结果大约为每秒50000英里，相当于光速的四分之一。马提拉称，研究小组多年来对数据进行了仔细研究，对潮汐瓦解事件中的光线和射流将如何穿过尘埃遮盖的Arp 299核心进行了认真模拟，他们得出了一个可信的解释：“释放的红外光和无线电来自一颗倒霉恒星的瓦解过程，这颗恒星经过时距离这个超大质量黑洞太近了，正在被这个宇宙庞然大物所吞噬。”反过来，此次潮汐瓦解事件确定了这个相当于2000万个太阳质量的超级黑洞在Arp 299中心的确切位置，同时也揭示了这颗被吞噬恒星的大小——比我们的太阳大2至6倍。

马提拉和佩雷兹-托雷斯称：有关这个新发现，最令人感到惊喜的事情是，他们的的确确发现了潮汐瓦解事件。近年来，天文学家们发现并研究了几次其他的潮汐瓦解事件，但是那些大都是根据可见光的亮度而发现的，而不是通过释放的红外光和无线电发现的。佩雷兹-托雷斯说：“潮汐瓦解是非常罕见的现象，要想发现这种现象，通常需要监测的星系在数量上极其巨大。”他还说道：在正在合并的星系Arp 299中发现了一个由尘埃遮盖的潮汐瓦解事件，这意味着这种事件可能会更加常见于尘埃遮盖的环境中。在相互碰撞的星系中，朝着中心部位的黑洞集中的气体形成恒星，这种恒星可能会比较有规律地引起潮汐瓦解事件。反过来，这些潮汐瓦解事件中涌出的能量可能会产生深奥的影响，在星系合并过程中起到促进或抑制恒星形成的作用。

此外，马提拉指出：在遥远的宇宙中，在星系形成和演化的早期阶段，像Arp 299这样的系统更加常见。他说：“因此，我们所发现的这个事件可能只是冰山一角，这类隐藏的潮汐瓦解事件在宇宙年轻时期更加常见。”马提拉还说道：尽管目前多数潮汐瓦解事件仍然“隐藏于尘埃之后”，但是在接下来的十年中，未来的红外和射电天文台或许能够使天文学家们发现更多潮汐瓦解事件，能够为他们揭开此类事件的神秘面纱，使他们穿越宇宙的时空，更加深入地研究星系群。

（胡德良译自科学美国人网站）