一颗恒星在与黑洞的近距离接触中幸存下来

艺术家对恒星（前景）在接近超大质量黑洞时被打乱的印象。 （图片来源：ESO/M. Kornmesser）

一位艺术家对超大质量黑洞吞噬恒星物质的描绘。（图片来源：NASA/JPL-Caltech）
（神秘的近距地球uux.cn）据美国太空网（作者：基思·库珀）：一颗被捕获的恒星经历了与遥远星系中超大质量黑洞的多次近距离接触 - 甚至可能在被巨大的引力潮汐力撕裂的物质中幸存下来。
超大质量黑洞的离接引力摧毁恒星是一种被称为潮汐破坏事件（TDE）的暴力事件。气体从恒星中撕裂并经历“意大利面化”，触中其中它被切碎并拉伸成在黑洞周围流动的颗恒热物质流，形成一个临时且非常明亮的星黑幸存下吸积盘。从我们的近距角度来看，容纳超大质量黑洞的离接银河系中心似乎正在耀斑。
2018年9月8日，触中全天空超新星自动巡天（ASASSN）在8.93亿光年外的颗恒遥远星系的核心发现了耀斑。编目为AT2018fyk，星黑幸存下耀斑具有TDE的近距所有特征。各种X射线望远镜，离接包括美国宇航局的触中Swift，欧洲的XMM-Newton，安装在国际空间站上的NICER仪器和德国的eROSITA望远镜，都观察到黑洞的亮度急剧增加。通常，TDE的亮度在几年内会平稳下降，但是当天文学家在首次发现AT2018fyk大约600天后再次观察AT2018fyk时，X射线很快就消失了。更令人费解的是，大约600天后，黑洞突然再次爆发。这是怎么回事？
“到目前为止，人们的假设是，当我们看到恒星和超大质量黑洞之间近距离相遇的后果时，结果对恒星来说将是致命的;也就是说，这颗恒星被完全摧毁了，“欧洲南方天文台的天文学家托马斯·韦弗斯（Thomas Wevers）在一份声明中说。“但与我们所知道的所有其他TDE相反，当我们在几年后再次将望远镜指向同一位置时，我们发现它已经重新变亮。
韦弗斯领导了一个天文学家团队，他们意识到重复的耀斑是一颗恒星的特征，该恒星在TDE中幸存下来并完成了另一个轨道以经历第二次TDE。为了充分解释他们观察到的内容，Wevers的小组开发了一个“重复部分TDE”模型。
在他们的模型中，这颗恒星曾经是一个双星系统的成员，这个双星系统离银河系中心的黑洞太近了。黑洞的引力将其中一颗恒星甩开，它变成了一颗失控的超高速恒星，以每秒600英里（1000公里）的速度驶出银河系。另一颗恒星在1，200天的椭圆轨道上紧紧地抓住了黑洞，将其带到了科学家所谓的潮汐半径 - 与黑洞的距离，恒星开始被黑洞发出的引力潮汐撕裂。
由于这颗恒星没有完全在潮汐半径内，只有一部分物质被剥离掉，留下一个密集的恒星核心，继续围绕黑洞的轨道。黑洞从恒星中拉出的物质形成吸积盘大约需要600天，所以当天文学家看到系统耀斑时，这颗恒星是安全的，靠近其轨道的最远点。
但随着恒星的核心再次开始接近黑洞，在第一次相遇大约1，200天后，恒星开始从吸积盘中偷回一些物质，导致X射线发射突然消失。“当核心返回黑洞时，它基本上通过引力从黑洞中窃取了所有气体，结果没有物质可以吸积，因此系统变暗，”该研究的共同作者，麻省理工学院的天体物理学家Dheeraj Pasham在声明中说。
但黑洞的引力很快就回报了这个恩惠，在恒星接近时偷走了更多的物质。就像在最初的遭遇中一样，从黑洞吃掉恒星到吸积盘的形成有600天的滞后，这解释了为什么X射线耀斑在它发生时又打开了。
从恒星的轨道上，Wevers的团队计算出黑洞的质量接近太阳的8000万倍，比银河系中心的黑洞人马座A *的质量大约是太阳的20倍。
Wevers的团队不必等待很长时间就可以发现该理论是否正确。科学家们预测，AT2018fyk应该在8月再次变暗，当恒星的核心回归时，并在2025年3月新物质开始吸积到黑洞时再次变亮。
然而，恒星失去黑洞的质量有一个潜在的复杂性。损失的质量部分取决于恒星旋转的速度，黑洞可能会影响。如果恒星的旋转速度快到足以分裂，那么黑洞将更容易窃取物质，从而增加质量损失。
“如果质量损失只有1%的水平，那么我们预计这颗恒星能够存活更多的遭遇，而如果它接近10%，恒星可能已经被摧毁了，”纽约雪城大学研究的共同作者Eric Coughlin在声明中说。
无论如何，TDE和重复的部分TDE为超大质量黑洞的生命提供了一个罕见的窗口，我们通常无法检测到这些黑洞，因为它们处于休眠状态。这对于测量它们的质量和确定黑洞如何演化非常重要，因此黑洞周围的星系如何在宇宙历史中演化。
研究结果在美国天文学会第241次会议上发表，并于1月12日发表在《天体物理学杂志快报》上。