一個巨大的黑洞撕裂了一顆恆星，其殘餘物散落成一個碎片盤，現在威脅著附近的另一個天體–可能是另一顆恆星或一個以前安全的更小的黑洞。這項發現是透過NASA 的錢德拉X 射線天文台、 哈伯太空望遠鏡的觀測發現的、 NICER （中子星內部成分探測器）、Neil Gehrels Swift 天文台和其他望遠鏡提供了關鍵證據，將兩個以前神秘的現象聯繫起來。

黑洞與兩顆恆星的激烈碰撞揭示了神秘的宇宙X 射線暴。 錢德拉和哈伯的觀測數據揭示了恆星碰撞和碎片盤膨脹的動態過程。 資料來源：X射線： NASA/CXC/Queen’s Univ. Belfast/M. Nicholl et al. Nicholl et al.; Optical/IR: PanSTARRS， NSF/Legacy Survey/SDSS; Illustration： Soheb Mandhai / The Astro Phoenix；影像處理： NASA/CXC/SAO/N. 沃克

當科學家發現星系核心的恆星碰撞時，一個黑洞的破壞力就展現出來了。 一顆被撕裂的恆星形成了一個碎片盤，碎片盤遇到了第二顆恆星，引發了重複的X射線暴。 這個由多個天文台共同見證的戲劇性相遇將兩個宇宙之謎聯繫在了一起，為準週期性爆發和潮汐破壞事件提供了線索。

2019 年，天文學家探測到了一顆恆星的訊號，這顆恆星冒險太靠近黑洞，在那裡被強大的引力撕裂。 它的殘骸在黑洞周圍形成了一個漩渦盤–一種”恆星墓地”。

在過去的幾年裡，這個碎片盤不斷向外擴展，現在位於另一個天體的軌道上，這個天體在曾經安全的距離上環繞著黑洞。 現在，這個天體每隔48小時就會穿過碎片，每次碰撞都會產生X射線爆發–錢德拉望遠鏡捕捉到了這一現象，為天文學家提供了觀察黑洞周圍劇烈相互作用的罕見視角。

英國貝爾法斯特皇后大學的馬特-尼科爾（Matt Nicholl）是本期《自然》雜誌上這項研究的第一作者。 「在這個對比中，恆星就像潛水員，而黑洞則是水池，恆星每次撞擊黑洞表面都會產生巨大的氣體和X射線’水花’。當恆星圍繞黑洞運行時，它會一次又一次地這樣做。

科學家記錄了許多天體過於接近黑洞並在一次光爆中被撕裂的案例。 天文學家稱這些為”潮汐破壞事件”。 近年來，天文學家也發現了一類來自星系中心的新的強閃光，它們只在X射線中被偵測到，並且重複多次。 這些事件也與超大質量黑洞有關，但天文學家無法解釋是什麼導致了半規則的X射線爆發。 他們把這些事件稱為”準週期性爆發”。

合著者、麻省理工學院的迪拉傑-帕沙姆（Dheeraj Pasham）說：”人們曾熱切地猜測這些現象之間存在聯繫，現在我們發現了它們之間存在聯繫的證據。在解開謎團方面，這就像是宇宙二選一。

錢德拉望遠鏡和其他望遠鏡已經發現了一個超大質量黑洞，它已經撕碎了一顆恆星，現在正利用恆星的殘骸撞擊另一顆恆星或更小的黑洞。 這幅藝術家繪製的插圖顯示了一個超大質量黑洞（右圖所示）透過強大的潮汐力摧毀一顆恆星後形成的物質盤（紅色、橙色和黃色）。 幾年後，這個圓盤向外擴張，直到它開始與巨型黑洞周圍的另一個軌道天體–一顆恆星或一個小黑洞–相交。 每次這個天體撞向圓盤時，都會發出錢德拉偵測到的X射線。 圖片來源：X 光： NASA/CXC/Queen’s Univ. Belfast/M. Nicholl et al. Nicholl et al.; Optical/IR: PanSTARRS， NSF/Legacy Survey/SDSS; Illustration： Soheb Mandhai / The Astro Phoenix；影像處理： NASA/CXC/SAO/N. Wolk

AT2019qiz揭開神秘的面紗

這個現在被稱為AT2019qiz 的潮汐擾動事件是由帕洛瑪天文台的一台名為茲威基瞬變設施的寬視場光學望遠鏡在2019 年首次發現的。 2023 年，天文學家利用錢德拉和哈伯望遠鏡研究了潮汐擾動結束後留下的碎片。

錢德拉數據是在三次不同的觀測中獲得的，每次觀測相隔約4 到5 小時。 錢德拉探測器的總曝光時間約為14 小時，在第一次和最後一次觀測中只發現了微弱的訊號，但在中間的觀測中發現了非常強的訊號。

此後，Nicholl 和他的同事利用NICER 頻繁觀測AT2019qiz，以發現重複的X 射線爆發。 NICER的數據顯示，AT2019qiz大約每48小時爆發一次。 斯威夫特和印度AstroSat 望遠鏡的觀測證實了這項發現。

揭示星盤的大小和影響

與錢德拉觀測同時獲得的哈伯紫外線數據，使科學家們能夠確定超大質量黑洞周圍圓盤的大小。 他們發現，這個圓盤已經變得足夠大，如果有任何天體以大約一周或更短的周期圍繞黑洞運行，它就會與圓盤相撞並引起爆發。

牛津大學的安德魯-穆默里（Andrew Mummery）說：”這是我們對這些定期噴發起源的認識上的一大突破。我們現在意識到，在一顆恆星被撕裂後，我們需要等待幾年才能’開啟’噴發，因為圓盤需要一些時間才能擴散到足夠遠的地方，以遇到另一顆恆星。

這一結果對於尋找更多與潮汐擾動相關的準週期性爆發具有重要意義。 找到更多這樣的天體將使天文學家能夠測量超大質量黑洞周圍近軌道天體的普遍性和距離。 其中一些可能是計劃中的未來重力波e天文台的絕佳目標。 美國國家航空暨太空總署（NASA）的飛行任務是一個不斷擴大的全球飛行任務網絡的一部分，該網絡具有不同但互補的能力，可以觀察到類似的變化，從而揭開宇宙運行的奧秘。

2024年10月9日，《自然》首次在線發表了描述這些結果的論文。 論文的印刷版也刊登在10月24日出版的《自然》雜誌。

編譯自/ ScitechDaily