天文学家发现 18 个黑洞正在吞噬附近的恒星

如果你知道如何寻找恒星粉碎黑洞，天空中无处不在。这是麻省理工学院科学家今天发表在《天体物理学杂志》上的一项新研究的一个信息。

该研究的作者报告了 18 个新的潮汐破坏事件 (TDE) 的发现，即附近恒星被潮汐吸入黑洞并撕成碎片的极端情况。当黑洞盛宴时，它会在整个电磁频谱中释放出巨大的能量爆发。

天文学家通过寻找光学和 X 射线波段的特征爆发来检测到以前的潮汐破坏事件。迄今为止，这些搜索已经揭示了附近宇宙中大约十几起恒星粉碎事件。麻省理工学院团队的新 TDE 是宇宙中已知 TDE 目录的两倍多。

研究人员通过观察非传统波段：红外线发现了这些以前“隐藏”的事件。除了发出光学和X射线爆发之外，潮汐瓦解事件还可以产生红外辐射，特别是在“尘埃”星系中，那里的中心黑洞被星系碎片所笼罩。这些星系中的尘埃通常会吸收并遮挡可见光和 X 射线，以及这些波段中潮汐瓦解事件的任何迹象。在此过程中，灰尘也会升温，产生可检测到的红外辐射。因此，研究小组发现红外线发射可以作为潮汐破坏事件的标志。

通过观察红外波段，麻省理工学院的研究小组在以前隐藏此类事件的星系中发现了更多的潮汐瓦解事件。这 18 个新事件发生在不同类型的星系中，分散在天空中。

“这些来源中的大多数不会出现在光学波段中，”主要作者梅根·马斯特森(Megan Masterson)说，她是麻省理工学院卡夫利天体物理和空间研究所的研究生。 “如果你想从整体上了解潮汐表，并用它们来探测超大质量黑洞的人口统计数据，你需要关注红外波段。”

麻省理工学院的其他作者包括 Kishalay De、Christos Panagiotou、Anna-Christina Eilers、Danielle Frostig 和 Robert Simcoe，以及麻省理工学院物理学助理教授 Erin Kara，以及来自德国马克斯·普朗克地外物理研究所等多个机构的合作者。

热峰值

该团队最近通过红外观测搜索发现了迄今为止最接近的 TDE。这一发现开辟了一条新的红外路线，天文学家可以通过该路线寻找活跃的黑洞。

第一次检测促使研究小组寻找更多的潮汐演化事件。在他们的新研究中，研究人员搜索了 NEOWISE(美国宇航局广域红外勘测探测器的更新版本)所获得的档案观察结果。这台卫星望远镜于 2009 年发射，经过短暂的中断后，它继续扫描整个天空，寻找红外“瞬变”或短暂的爆发。

该团队使用合著者 Kishalay De 开发的算法查看了该任务的存档观察结果。该算法可以识别出红外发射的模式，这些模式可能是红外辐射瞬态爆发的迹象。然后，该团队将标记的瞬变与 200 兆秒差距(6 亿光年)内所有已知附近星系的目录进行交叉引用。他们发现红外瞬变可以追溯到大约 1000 个星系。

然后，他们放大了每个星系红外爆发的信号，以确定该信号是否来自 TDE 以外的来源，例如活跃的星系核或超新星。在排除了这些可能性后，研究小组随后分析了剩余的信号，寻找 TDE 特征的红外模式，即先急剧上升，然后逐渐下降，反映了黑洞撕裂黑洞的过程。恒星，突然将周围的尘埃加热到大约 1,000 开尔文，然后逐渐冷却。

该分析揭示了 18 个潮汐破坏事件的“干净”信号。研究人员对发现每个潮汐现象的星系进行了调查，发现它们发生在整个天空的一系列系统中，包括尘埃星系。

马斯特森说：“如果你抬头仰望天空，看到一堆星系，那么潮汐瓦解事件就会在所有星系中都有代表性地发生。” “这并不是说它们只出现在一种类型的星系中，正如人们仅根据光学和 X 射线搜索所认为的那样。”

哈佛大学天文学教授埃多·伯杰(Edo Berger)没有参与这项研究，他说：“现在可以透过尘埃进行观察并完成附近潮汐爆发事件的普查。” “这项工作的一个特别令人兴奋的方面是大型红外调查后续研究的潜力，我很高兴看到他们将产生什么发现。”

多尘的解决方案

该团队的发现有助于解决潮汐破坏事件研究中的一些主要问题。例如，在这项工作之前，天文学家大多在一种类型的星系中观察到潮汐膨胀现象——一种“星暴后”系统，该系统以前是一个恒星形成工厂，但后来已经定居下来。这种星系类型很罕见，天文学家很困惑为什么潮汐瓦解事件似乎只出现在这些更罕见的系统中。碰巧这些系统也相对没有灰尘，使得 TDE 的光学或 X 射线发射自然更容易检测。

现在，通过观察红外波段，天文学家能够在更多的星系中看到潮汐瓦解事件。该团队的新结果表明，黑洞可以吞噬一系列星系中的恒星，而不仅仅是星暴后系统。

研究结果还解决了“能量缺失”问题。物理学家从理论上预测，潮汐瓦解事件会辐射出比实际观测到的更多的能量。但麻省理工学院的研究小组现在表示，灰尘可能可以解释这种差异。他们发现，如果潮汐发生在尘埃星系中，尘埃本身不仅可以吸收光学和X射线发射，还可以吸收极紫外辐射，其数量相当于假定的“缺失能量”。

这 18 项新的探测结果还帮助天文学家估计特定星系中 TDE 发生的速率。当他们将新的 TDE 与之前的探测结果相结合时，他们估计星系每 5 万年就会经历一次潮汐破坏事件。这个比率更接近物理学家的理论预测。通过更多的红外观测，研究小组希望能够解决潮汐瓦解事件的发生率以及为其提供动力的黑洞的特性。

“人们想出了非常奇特的解决方案来解决这些难题，现在我们已经到了可以解决所有这些难题的地步，”卡拉说。 “这让我们相信，我们不需要所有这些奇异的物理学来解释我们所看到的东西。而且我们对恒星如何被黑洞撕裂和吞噬背后的机制有了更好的掌握。我们正在更好地了解这些系统。”