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(gè)太陽

天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了有史以來從超大質(zhì)量黑洞觀測(cè)到的最大、最遙遠(yuǎn)的耀斑。綽號(hào)“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(gè)太陽的亮度。

耀斑的來源是一個(gè)活躍的星系核，或 AGN——星系中心的一個(gè)明亮、緊湊的區(qū)域——它由一個(gè)積極以物質(zhì)為食的超大質(zhì)量黑洞提供動(dòng)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(qiáng)烈的輻射。

研究人員思考這個(gè)巨大的黑洞消耗了什么來釋放如此強(qiáng)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(huì)因爆炸而結(jié)束其生命。

“大約每 10000個(gè)AGN中就有1個(gè)顯示出某種耀斑活動(dòng)，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(xué)院天文學(xué)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(xué)》雜志上的一項(xiàng)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(gè)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(tái)的卡塔利娜實(shí)時(shí)瞬態(tài)巡天和茨威基瞬變?cè)O(shè)施探測(cè)到。茨威基號(hào)使用寬視場(chǎng)相機(jī)掃描夜空，以使天文學(xué)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(gè)物體看起來并不罕見，只是很亮。天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這是一個(gè)耀斑，或者是一個(gè)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(gè)信號(hào)，以前被認(rèn)為是一個(gè)耀斑，它的亮度一直在穩(wěn)步變化。該團(tuán)隊(duì)用夏威夷的 W. M. Keck 天文臺(tái)等其他望遠(yuǎn)鏡拍攝了后續(xù)觀測(cè)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(shí)到，這種光來自一個(gè)活躍的星系核，估計(jì)質(zhì)量是太陽的5億倍。天文學(xué)家考慮了耀斑如此明亮的幾個(gè)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(dāng)一顆恒星太靠近黑洞并被撕裂時(shí)。

格雷厄姆說，耀斑正在進(jìn)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(dòng)事件記錄是由綽號(hào)“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(xué)院天文學(xué)教授、紐約市美國(guó)自然歷史博物館天體物理學(xué)系研究員 K.E. Saavik Ford 在一份聲明中說，“這令人興奮，因?yàn)樗嬖V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(tuán)隊(duì)繼續(xù)監(jiān)測(cè)耀斑隨著時(shí)間的推移而消退——盡管與在地球上經(jīng)歷的時(shí)間相比，黑洞附近的時(shí)間流逝不同。

“這是一種由于空間和時(shí)間的拉伸而導(dǎo)致的稱為宇宙時(shí)間膨脹的現(xiàn)象。當(dāng)光穿過不斷擴(kuò)大的空間到達(dá)我們時(shí)，它的波長(zhǎng)會(huì)延伸，時(shí)間本身也會(huì)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(dá)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(yuǎn)鏡，例如智利的維拉·魯賓天文臺(tái)，也許有可能識(shí)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(dòng)態(tài)環(huán)境，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shí)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(xué)物理和天文學(xué)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(duì)宇宙最強(qiáng)大事件的理解的驚人飛躍。米利薩夫列維奇沒有參與這項(xiàng)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?cè)?jīng)認(rèn)為“可怕的芭比娃娃”是一種奇怪的、獨(dú)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(gè)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(xué)伯克利分校天文學(xué)杰出教授亞歷克斯·菲利彭科 （Alex Filippenko） 說，耀斑揭示了對(duì)黑洞生長(zhǎng)、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(xiàng)新研究，但他的工作為活躍的星系核物理學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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