前所未見！地球100億光年處有東西拼命吞噬恒星，已吃掉30個太陽

天文學家發(fā)現(xiàn)了有史以來從超大質(zhì)量黑洞觀測到的最大、最遙遠的耀斑。綽號“超人”的耀斑起源于距地球100億光年的地方，在高峰期，發(fā)出的光閃耀著10萬億個太陽的亮度。

耀斑的來源是一個活躍的星系核，或 AGN——星系中心的一個明亮、緊湊的區(qū)域——它由一個積極以物質(zhì)為食的超大質(zhì)量黑洞提供動力。氣體和塵埃落入黑洞周圍的旋轉(zhuǎn)盤中，隨著碎片螺旋化得更快，它變得過熱，釋放出強烈的輻射。

研究人員思考這個巨大的黑洞消耗了什么來釋放如此強大的耀斑。他們得出的結(jié)論是，它很可能吞噬了一顆巨大的恒星，否則這顆恒星注定會因爆炸而結(jié)束其生命。

“大約每 10000個AGN中就有1個顯示出某種耀斑活動，但這是如此極端，以至于將其歸入自己的類別（大約是百萬分之一的事件），”加州理工學院天文學研究教授馬修·格雷厄姆在一封電子郵件中說。格雷厄姆是周二發(fā)表在《自然天文學》雜志上的一項關(guān)于這種前所未有的現(xiàn)象的研究的主要作者。

耀斑表明，大型星系中心附近存在未知的巨星群，這些星系也擁有超大質(zhì)量黑洞，并揭示了兩個龐然大物之間復(fù)雜的相互作用。

超人于 2018 年 11 月首次被南加州帕洛瑪天文臺的卡塔利娜實時瞬態(tài)巡天和茨威基瞬變設(shè)施探測到。茨威基號使用寬視場相機掃描夜空，以使天文學家能夠發(fā)現(xiàn)瞬變或轉(zhuǎn)瞬即逝的宇宙現(xiàn)象（例如快速耀斑的超新星）而聞名。

格雷厄姆說，起初，這個物體看起來并不罕見，只是很亮。天文學家團隊認為這是一個耀斑，或者是一個超大質(zhì)量黑洞，在宇宙中發(fā)射高能物質(zhì)射流。

五年后，他們重新審視了茨威基調(diào)查收集的早期數(shù)據(jù)，并注意到一個信號，以前被認為是一個耀斑，它的亮度一直在穩(wěn)步變化。該團隊用夏威夷的 W. M. Keck 天文臺等其他望遠鏡拍攝了后續(xù)觀測結(jié)果，結(jié)果顯示光源比最初想象的更明亮、更有能量。

他們意識到，這種光來自一個活躍的星系核，估計質(zhì)量是太陽的5億倍。天文學家考慮了耀斑如此明亮的幾個可能原因，例如一顆大質(zhì)量恒星在黑洞周圍的物質(zhì)盤內(nèi)爆炸，然后確定最可能的原因是潮汐破壞事件——當一顆恒星太靠近黑洞并被撕裂時。

格雷厄姆說，耀斑正在進行中，這意味著黑洞仍在積極吞噬恒星，就像“一條魚只在鯨魚食道的一半處”。

超人的亮度峰值是任何其他已知黑洞耀斑的30倍，被黑洞吞噬的恒星的質(zhì)量至少是太陽的 30倍。之前的潮汐擾動事件記錄是由綽號“可怕的芭比娃娃”的 ZTF20abrbeie 創(chuàng)造的，這是由于黑洞吞噬了一顆大小是太陽三到10倍的恒星而引起的。

“這可能是有史以來被超大質(zhì)量黑洞撕碎的最大質(zhì)量恒星，”該研究的合著者、曼哈頓社區(qū)學院天文學教授、紐約市美國自然歷史博物館天體物理學系研究員 K.E. Saavik Ford 在一份聲明中說，“這令人興奮，因為它告訴我們，大質(zhì)量恒星一定生活在超大質(zhì)量黑洞周圍的氣體盤內(nèi)和周圍。”

格雷厄姆說，該團隊繼續(xù)監(jiān)測耀斑隨著時間的推移而消退——盡管與在地球上經(jīng)歷的時間相比，黑洞附近的時間流逝不同。

“這是一種由于空間和時間的拉伸而導(dǎo)致的稱為宇宙時間膨脹的現(xiàn)象。當光穿過不斷擴大的空間到達我們時，它的波長會延伸，時間本身也會延伸，“他說，“這里七年就是那里的兩年。我們正在觀察事件以四分之一的速度播放。

由于耀斑發(fā)生在100億光年外，因此光線需要100億年才能到達地球。一光年是光在一年內(nèi)傳播的距離，即9.46萬億公里。

格雷厄姆說，通過梳理茨威基的數(shù)據(jù)并使用新的望遠鏡，例如智利的維拉·魯賓天文臺，也許有可能識別出更多這些罕見事件，這些事件表明超大質(zhì)量黑洞具有動態(tài)環(huán)境，遠遠超過被漩渦物質(zhì)包圍的大天坑。

福特說，像這樣的耀斑揭示了星系中心附近存在令人難以置信的大恒星，并揭示了星系的結(jié)構(gòu)。“在宇宙如此早期的時期了解星系中心的恒星（有多少顆，它們是什么樣子），為我們提供了一種研究星系組裝的新方法，”她指出。

普渡大學物理和天文學副教授丹尼·米利薩夫列維奇博士說，這一發(fā)現(xiàn)代表了我們對宇宙最強大事件的理解的驚人飛躍。米利薩夫列維奇沒有參與這項新研究，但之前研究過“可怕的芭比娃娃”事件。

他在一封電子郵件中寫道：我們曾經(jīng)認為“可怕的芭比娃娃”是一種奇怪的、獨一無二的異常現(xiàn)象，但這種新的耀斑更加極端，釋放的能量就像整個太陽完全轉(zhuǎn)化為電磁輻射一樣多。

“它屬于一類新興的極端核瞬變 （ENT），這是一種知之甚少的現(xiàn)象，正在挑戰(zhàn)我們目前關(guān)于黑洞和恒星如何相互作用的模型。”

加州大學伯克利分校天文學杰出教授亞歷克斯·菲利彭科 （Alex Filippenko） 說，耀斑揭示了對黑洞生長、它們?nèi)绾嗡毫迅浇阈且约八鼈兙薮蟮哪芰咳绾嗡茉熘車窍档囊娊狻７评砜茮]有參與這項新研究，但他的工作為活躍的星系核物理學奠定了堅實的基礎(chǔ)。

他在一封電子郵件中寫道：“當一個超大質(zhì)量黑洞突然爆發(fā)出明亮的耀斑時，它讓天文學家能夠坐在宇宙中一些最極端的物理學的前排座位上。通過捕捉這種破紀錄的變亮，天文學家打開了一扇了解銀河系中心極端物理學的新窗口，恒星、氣體和引力在宇宙最猛烈的實驗室中碰撞。”