天文学家探测到黑洞吞噬恒星的最接近的例子
每隔10,000年左右,星系的中心就会亮起,因为它的超大质量黑洞撕裂了一颗经过的恒星。这种“潮汐破坏事件”发生在字面上的闪光中,因为中央黑洞吸收了恒星物质并在此过程中喷出大量的辐射。
天文学家知道遥远星系中大约有100次潮汐破坏事件(TDE),这是基于到达地球和太空望远镜的光线爆发。这些光大部分来自X射线和光辐射。
麻省理工学院的天文学家通过传统的X射线和紫外线/光学波段,发现了一种新的潮汐破坏事件,在红外线中闪耀着明亮的光芒。这是科学家首次在红外波长下直接鉴定TDE之一。
更重要的是,新的爆发恰好是迄今为止观察到的最接近的潮汐破坏事件:耀斑是在NGC7392中发现的,NGC7392是一个距离地球约1.37亿光年的星系,它对应于我们宇宙后院的一个区域,其大小是下一个最近的TDE的四分之一。
这种新的耀斑被标记为WTP14adbjsh,在标准的X射线和光学数据中并不突出。科学家们怀疑,这些传统的调查错过了附近的TDE,不是因为它没有发射X射线和紫外线,而是因为这种光被大量的灰尘遮挡,这些灰尘吸收了辐射并以红外能量的形式散发热量。
研究人员确定WTP14adbjsh发生在一个年轻的恒星形成星系中,与在较安静的星系中发现的大多数TDE形成鲜明对比。科学家们预计,恒星形成的星系应该容纳TDE,因为它们产生的恒星将为星系的中心黑洞提供充足的燃料。但是到目前为止,在恒星形成星系中对TDE的观测很少见。
这项新研究表明,传统的X射线和光学调查可能错过了恒星形成星系中的TDE,因为这些星系自然会产生更多的尘埃,这些尘埃可能会掩盖来自其核心的任何光线。在红外波段搜索可以揭示更多以前隐藏在活跃的恒星形成星系中的TDE。
“在TDE附近找到这个意味着,从统计学上讲,这些事件中一定有大量的传统方法被忽视,”麻省理工学院Kavli天体物理和空间研究所的博士后ChristosPanagiotou说。“因此,如果我们想要黑洞及其宿主星系的完整图片,我们应该尝试在红外线中找到这些。
一篇详细介绍该团队发现的论文今天发表在《天体物理学杂志快报》上。Panagiotou的麻省理工学院合著者是KishalayDe,MeganMasterson,ErinKara,MichaelCalzadilla,Anna-ChristinaEilers,DanielleFrostig,NathanLourie和RobSimcoe,以及VirajKarambelkar,MansiKasliwal,RobertStein和JeffryZolkower加州理工学院,以及美国国家科学基金会国家光学红外天文学研究实验室的AaronMeisner。
可能性的闪光
Panagiotou并不打算寻找潮汐破坏事件。他和他的同事正在使用De开发的搜索工具在观测数据中寻找一般瞬态源的迹象。该团队使用De的方法在美国宇航局NEOWISE任务拍摄的档案数据中寻找潜在的瞬态事件,该太空望远镜自2010年以来一直定期扫描整个天空,红外波长。
该团队在2014年底发现了天空中出现的明亮闪光。
“我们一开始可以看到什么都没有,”Panagiotou回忆道。“然后突然间,在2014年底,光源变得更亮,到2015年达到高亮度,然后开始恢复到以前的静止状态。
他们将闪光追踪到距离地球42个星系的星系。那么问题来了,是什么引发了它?为了回答这个问题,研究小组考虑了闪光的亮度和时间,将实际观测结果与可能产生类似闪光的各种天体物理过程的模型进行了比较。
“例如,超新星是突然爆炸和变亮的来源,然后又回来,与潮汐破坏事件的时间尺度相似,”Panagiotou指出。“但超新星并不像我们观察到的那样明亮和有活力。
通过研究爆发的不同可能性,科学家们最终能够排除除一个之外的所有可能性:闪光很可能是TDE,也是迄今为止观察到的最接近的闪光。
“这是一个非常干净的光线曲线,真正遵循我们期望TDE的时间演变,”Panagiotou说。
红色或绿色
从那里,研究人员仔细观察了TDE出现的星系。他们从多个地面和太空望远镜收集数据,这些望远镜碰巧观察了星系所在的天空部分,跨越各种波长,包括红外,光学和X射线波段。有了这些积累的数据,研究小组估计银河系中心的超大质量黑洞的质量大约是太阳的3000万倍。
“这几乎是我们银河系中心的黑洞的10倍,所以它非常大,尽管黑洞可以达到100亿太阳质量,”Panagiotou说。
研究小组还发现,银河系本身正在积极产生新的恒星。恒星形成星系是一类“蓝色”星系,与已经停止产生新恒星的安静“红色”星系形成鲜明对比。恒星形成的蓝色星系是宇宙中最常见的星系类型。
“绿色”星系介于红色和蓝色之间,因此,它们每隔一段时间就会产生几颗恒星。绿色是最不常见的星系类型,但奇怪的是,迄今为止检测到的大多数TDE都可以追溯到这些更罕见的星系。科学家们一直在努力解释这些探测,因为理论预测蓝色恒星形成星系应该表现出TDE,因为它们会为黑洞带来更多的恒星。
但是恒星形成星系也会从星系核心附近的恒星之间的相互作用中产生大量的尘埃。这种尘埃可以在红外波长下检测到,但它可以掩盖任何X射线或紫外线辐射,否则这些辐射会被光学望远镜拾取。这可以解释为什么天文学家没有使用传统的光学方法探测到恒星形成星系中的TDE。
“光学和X射线调查错过了我们自己后院的这种发光TDE这一事实非常有启发性,并表明这些调查只是为我们提供了TDE总人口的部分人口普查,”马里兰州太空望远镜科学研究所副天文学家兼科学工作人员主席SuviGezari说,他没有参与这项研究。“使用红外测量来捕捉被遮蔽的TDE的尘埃回波......已经向我们表明,在尘土飞扬的恒星形成星系中存在大量TDE,而我们却一直失踪。
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