科學家們利用美國國家航空航天局（NASA）的尼爾-蓋爾斯-斯威夫特天文台（Neil Gehrels Swift Observatory），在一個遙遠的星系中發現了一個黑洞，它似乎正在反复吞噬一顆類似太陽的恆星的一部分。這一突破性發現得益於一種分析天文台X 射線望遠鏡（XRT）數據的新方法。

在這幅藝術家的構想圖中，一個超大質量黑洞從一顆太靠近的恆星上吸走了一股氣體。美國國家航空航天局的斯威夫特天文台（Swift Observatory）發現了一個經常吞噬類太陽恆星的遙遠黑洞，展示了天文台不斷發展的潛力和新的數據分析方法。圖片來源：NASA戈達德太空飛行中心/Chris Smith (USRA/GESTAR)

英國萊斯特大學天體物理學家、斯威夫特團隊長期成員菲爾-埃文斯（Phil Evans）說：”斯威夫特的硬件、軟件及其國際團隊的技能使它能夠在其生命週期內適應新的天體物理學領域。這項任務的命名者尼爾-蓋爾瑞斯（Neil Gehrels）監督並鼓勵了其中的許多轉變。現在，有了這種新能力，它正在進行更酷的科學研究。”

埃文斯領導了一項關於這顆倒霉恆星及其飢餓黑洞的研究，它們被統稱為斯威夫特J023017.0+283603（簡稱斯威夫特J0230），研究報告於9 月7 日發表在《自然-天文學》上。

視頻可以讓你了解美國國家航空航天局尼爾-蓋爾斯-斯威夫特天文台（NASA’s Neil Gehrels Swift Observatory）的進展是如何讓它捕捉到遙遠星系中的一個超大黑洞正在反复咀嚼一顆盤旋的恆星。資料來源：美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心

潮汐擾動事件及其變化

當一顆恆星過於靠近一個巨大的黑洞時，引力會產生強烈的潮汐，將恆星分解成一股氣體。前緣圍繞黑洞擺動，後緣則逃離系統。這些破壞性事件被稱為潮汐破壞事件。天文學家認為，當碎片與已經圍繞黑洞運行的物質盤碰撞時，會產生多波長的耀斑光。

最近，天文學家一直在研究這種現象的變化，他們稱之為部分或重複潮汐擾動。

在這些事件中，每當一顆軌道恆星靠近黑洞時，恆星就會向外凸起，並脫落物質，但仍能存活。這個過程不斷重複，直到恆星失去過多的氣體後最終解體。單個恆星和黑洞系統的特徵決定了科學家們觀測到的發射類型，從而產生了大量可歸類的行為。

以前的例子包括每114 天發生一次的爆發，可能是由一顆圍繞黑洞運行的巨星引起的，黑洞的質量是太陽的7800 萬倍。另一個爆發每隔9 個小時就會在一個質量是太陽40 萬倍的黑洞周圍出現一次，很可能是由一顆名為白矮星的環繞恆星運行的殘渣造成的。

Swift J0230發生在5億光年之外的一個名為2MASX J02301709+2836050的星系中，由夏威夷的Pan-STARRS望遠鏡拍攝。圖片來源：尼爾斯-玻爾研究所/Daniele Malesani

Swift J0230： 新的重複擾動

2022年6月22日，XRT首次捕捉到了斯威夫特J0230。它在三角座北部約5億光年外的一個星系中亮起。斯威夫特的XRT大約每隔幾週就能從同一地點觀測到另外9次爆發。

埃文斯和他的團隊認為，斯威夫特J0230 是一顆類似太陽的恆星圍繞著一個質量超過太陽20 萬倍的黑洞重複發生的潮汐破壞。據他們估計，這顆恆星每次都會損失大約三個地球質量的物質。這個系統為其他類型的疑似重複擾動提供了一座橋樑，讓科學家們能夠模擬不同恆星類型和黑洞大小之間的相互作用如何影響我們的觀測結果。

倫敦大學學院穆拉德空間科學實驗室（MSSL）的研究員愛麗絲-布里維爾德（Alice Breeveld）說：”我們在斯威夫特紫外線/光學望遠鏡收集到的數據中反复搜尋事件增亮的現象。但是沒有任何跡象表明有這種現象。星系的變化完全是在X射線中產生的。這有助於排除其他一些潛在的原因”。”

美國宇航局斯威夫特衛星插圖。來源：美國國家航空航天局

斯威夫特J0230 之所以能被發現，要歸功於埃文斯開發的一種新型XRT 觀測自動搜索工具–斯威夫特X 射線瞬變探測器。

儀器觀測到天空的一部分後，數據會被傳輸到地面，然後程序會將其與之前同一地點的XRT快照進行比較。如果這部分X 射線天空發生了變化，科學家們就會收到警報。對於Swift J0230，埃文斯和他的同事能夠迅速協調對該區域的額外觀測。

斯威夫特衛星最初是用來研究伽馬射線暴的，伽馬射線暴是宇宙中威力最大的爆炸。然而，自衛星發射以來，科學家們已經認識到它有能力研究潮汐擾動和彗星等一系列天體。

位於馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心（NASA’s Goddard Space Flight Center）的任務首席研究員布拉德利-岑科（S. Bradley Cenko）說：”在菲爾啟動他的計劃兩個月後，斯威夫特J0230 才被發現。這預示著探測器有能力識別其他瞬變事件，也預示著斯威夫特未來將探索新的科學空間”。