天文学家说神秘明亮的闪光是一个直指地球的黑洞喷流

今年早些时候，天文学家密切关注Zwicky瞬变设施的数据，这是一项基于加利福尼亚州帕洛玛天文台的全天巡天，当时他们在天空的一部分发现了异常的闪光，而当晚没有观察到这种光前。粗略计算，闪光似乎发出的光比1,000万亿个太阳还要多。

该团队由美国国家航空航天局、加州理工学院和其他地方的研究人员领导，将他们的发现发布到一份天文学通讯上，该信号引起了世界各地天文学家的注意，其中包括麻省理工学院的科学家。在接下来的几天里，多台望远镜聚焦于该信号，以收集X射线、紫外线、光学和无线电波段多个波长的更多数据，以了解是什么可能产生如此巨大的光量。

现在，麻省理工学院的天文学家和他们的合作者已经确定了信号的可能来源。在《自然天文学》杂志上发表的一项研究中，科学家们报告说，这个名为AT2022cmc的信号可能来自相对论的物质射流，它以接近光速的速度从超大质量黑洞中飞奔而出。他们认为喷流是黑洞突然开始吞噬附近一颗恒星并在此过程中释放出大量能量的产物。

天文学家已经观察到其他类似的“潮汐破坏事件”或TDE，其中一颗路过的恒星被黑洞的潮汐力撕裂。AT2022cmc比迄今为止发现的任何TDE都亮。该源也是迄今为止探测到的最远的TDE，距离大约85亿光年——超过宇宙的一半。

如此遥远的事件怎么会在我们的天空中显得如此明亮?该团队表示，黑洞的喷流可能直接指向地球，这使得信号看起来比喷流指向任何其他方向时更亮。效果是“多普勒增强”，类似于经过的警报器的放大声音。

AT2022cmc是有史以来检测到的第四个多普勒增强TDE，也是自2011年以来观察到的第一个此类事件。它也是第一个使用光学巡天发现的TDE。

随着未来几年更强大的望远镜启动，它们将揭示更多的TDE，这可以揭示超大质量黑洞如何生长并塑造它们周围的星系。

“我们知道每个星系都有一个超大质量黑洞，它们在宇宙的最初一百万年里形成得非常快，”共同作者、麻省理工学院卡夫利天体物理和空间研究所的博士后马泰奥·卢奇尼说。“这告诉我们它们的进食速度非常快，尽管我们不知道进食过程是如何进行的。因此，像TDE这样的来源实际上可以很好地探索这个过程是如何发生的。”

Lucchini的麻省理工学院合著者包括第一作者Dheeraj“DJ”Pasham、PeterKosec、ErinKara和RonaldRemillard，以及世界各地大学和机构的合作者。

喂食狂潮

在AT2022cmc的初步发现之后，Pasham和Lucchini使用在国际空间站上运行的X射线望远镜NeutronstarInteriorCompositionExplorer(NICER)专注于信号。

“前三天一切看起来都很正常，”Pasham回忆道。“然后我们用X射线望远镜观察它，我们发现，光源太亮了。”

通常，天空中如此明亮的闪光是伽马射线暴——从大质量恒星坍塌中喷出的极端X射线射流。

“这一特殊事件比最强大的伽马射线暴余辉强100倍，”Pasham说。“这是非同寻常的事情。”

该团队随后收集了来自其他X射线、无线电、光学和紫外线望远镜的观测结果，并在接下来的几周内跟踪了信号的活动。他们观察到的最显着特性是信号在X射线波段的极端亮度。他们发现AT2022cmc的X射线辐射在几周内大幅波动了500倍，

他们怀疑这种极端的X射线活动一定是由“极端吸积事件”驱动的——这种事件会产生巨大的搅动盘，例如潮汐瓦解事件，其中一颗破碎的恒星在坠落时会产生碎片漩涡进入黑洞。

事实上，该团队发现AT2022cmc的X射线光度与之前检测到的三个TDE相当，尽管更亮。这些明亮的事件恰好产生了直接指向地球的物质喷流。研究人员想知道：如果AT2022cmc的亮度是类似的地球目标喷射流的结果，那么喷射流必须移动多快才能产生如此明亮的信号?为了回答这个问题，Lucchini对信号数据进行了建模，假设该事件涉及一架直飞地球的喷气式飞机。

“我们发现喷射速度是光速的99.99%，”Lucchini说。

要产生如此强烈的喷流，黑洞必须处于极其活跃的阶段——帕沙姆将其描述为“过度进食的狂热”。

“它可能以每年一半太阳质量的速度吞噬恒星，”帕沙姆估计。“很多这种潮汐破坏发生在早期，我们能够在一开始就捕捉到这一事件，在黑洞开始以恒星为食的一周内。”

“我们预计未来会有更多这样的TDE，”Lucchini补充道。“然后我们也许可以说，最后，黑洞究竟是如何发射这些极其强大的喷流的。”