TESS記錄下迄今最完整的潮汐瓦解事件_風聞

原創：牧夫天文

翻譯：陸寅楓

校對：牧夫校對組

編排：陶邦惠

後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文鏈接：

https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/exoplanet-hunter-sees-a-black-hole-shredded-star/

當一個超大質量黑洞撕裂一顆恆星時會發生什麼？

最近發生的一場潮汐瓦解事件（Tidal Disruption Event, TDE）讓天文學家們認識到他們對這種遙遠、明亮又少見的天文現象還知之甚少。

在這張電腦模擬圖中可以看到黑洞（左上角的小黑點）吸入被潮汐瓦解的恆星的氣體（橘黃色）的景象。在圖中也可以看到部分被以極高速度拋出的氣體（黑洞右側的明亮氣體流）。Credit: NASA/S. Gezari (JHU) / J. Guillochon (UCSC)

事件的發現

黑洞撕裂一顆近距離經過的恆星是很少見的。一個銀河系大小的星系每個世紀都可以看到超新星爆發，但是潮汐瓦解事件卻每隔一萬年至十萬年才會發生一次。不過，當今全自動的巡天望遠鏡正在捕捉越來越多的發生在宇宙各個角落的恆星撕裂事件。

我們本次的主角是名為ASASSN-19bt的潮汐瓦解事件，它發生在一個距我們3.75億光年之外的遙遠星系中。ASASSN是全天自動超新星巡天計劃（All-Sky Automated Survey for Supernovae）的簡稱，這是一個由20台分佈在世界各地的14釐米口徑望遠鏡組成的自動巡天網絡，主要搜尋超新星爆發等瞬變天文事件。在2019年1月29日，位於南非的一台望遠鏡探測到了一個核心突然變亮的星系。

潮汐瓦解事件的藝術想象圖。黑洞將一顆恆星拉扯成一條細長的氣體流，隨後又把它“甩”向其自身，導致了今年早些時候天文學家觀測到的亮度突增。Credit: Robin Dienel, courtesy of Carnegie Institution for Science.

ASASSN網絡自動向卡內基天文台的研究員Thomas

Holoien發送了一則警報，當時正在智利拉斯坎帕納斯天文台工作的Holoien立刻將位於該天文台的兩台望遠鏡轉向了ASASSN-19bt，隨後向多個天文台提出跟蹤觀測的請求，其中包括NASA的尼爾·格雷爾斯雨燕天文台，歐洲空間局的XMM-牛頓衞星，還有拉斯·坎伯雷斯天文台的1米口徑地基望遠鏡。拉斯·坎伯雷斯天文台也是一個分佈於全球的瞬變天文事件觀測網絡。

但是除了這些望遠鏡外，還有一台望遠鏡也在觀測着，那就是NASA的凌星系外行星巡天衞星（Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS）。碰巧的是，這場潮汐瓦解事件發生的天區正好是TESS從2018年12月起就一直在連續觀測的天區（推薦拓展閲讀：一年了，TESS有哪些成果），所以Holoien和他的同事在事件開始後僅僅幾天就目睹了這場事件，涵蓋了全過程的大部分。他們的觀測結果發表在了9月27日的天體物理期刊（Astrophysical Journal）（閲讀完整文獻）https://arxiv.org/abs/1904.09293 上。

普通的事件？

在許多方面，ASASSN-19bt都展現出了與天文學家之前所見過的潮汐瓦解事件相像的特徵：恆星在黑洞的引力拉扯下逐漸變亮，延伸成一條長長的氣體流，恆星殘骸隨即分道揚鑣，一半逃離進太空，另一半則盤旋在黑洞周圍，最終落入其中。漸漸地，碎片在各個波段（可見光，紫外線，X光線）淡出我們的視野。

馬里蘭大學的Suvi Gezari極力稱讚了TESS所記錄的光度曲線的準確性。光度曲線代表了天文事件在整個過程中的亮度變化，對研究員來説是十分重要的信息。

Suvi Gezari説：“現在，最困難的部分就是去研究這光度曲線背後的推動因素。”我們看到的光是直接來自於落入黑洞的恆星殘骸嗎？還是經過了混亂的碎片流後散射出來的？

新的謎團

ASASSN-19bt的獨特之處在於，當雨燕天文台的衞星開始觀測時，它的温度突然下降。從圖上可以看出，天文學家並沒有其他潮汐瓦解事件如此早期的數據。雨燕天文台的紫外線波段觀測對温度測量是至關重要的。Credit: T. Holoien et al. / Astrophysical Journal, Sept. 27, 2019

通常來説，天文學家可以在恆星撕裂事件最亮的時候捕捉到它們。但是有了TESS和其他及時的跟蹤觀測，天文學家收集的ASASSN-19bt的早期數據比以往任何一次潮汐瓦解事件都要多。在這個過程中，天文學家發現了另一個謎團。

觀測一開始後，雨燕天文台收集的紫外波段的數據表明，ASASSN-19bt的温度以及紫外波段的光度都出現了驟降的現象：在幾天時間中，温度便從40000開爾文降至20000開爾文。

“這意味着在此之前一定有一個峯值時刻我們沒有觀測到，我們看到的是那個峯值之後的冷卻階段。”Holoien解釋道，“我們無從得知它最亮的時候有多亮，或是峯值到底發生在什麼時候。”

如果這樣一個早期的温度和亮度峯值存在的話，這將會是一個非常出乎意料的發現。這主要是因為我們從未如此完整地觀測過一場潮汐瓦解事件，天文學家在此之前幾乎沒有任何有關恆星剛剛進入黑洞引力場時的數據。

但是，Gezari謹慎地指出雨燕天文台收集的有關事件早期的數據是相對嘈雜的，而且雨燕的數據中暗示的這個早期峯值並沒有出現在TESS的數據中。無論怎樣，有關早期峯值的線索還是非常吸引人的，Gezari認為我們需要更多及時的潮汐瓦解事件初期的紫外波段數據，這將有助於天文學家確定早期峯值是否真的是潮汐瓦解事件初期的標誌性現象。

這種現況很快就會改變了。隨着越來越多的地基和空基全自動巡天望遠鏡的上線，我們很快就可以完整地記錄一場潮汐瓦解事件了。

『天文時刻』 牧夫出品

微信公眾號：astronomycn

新的黑洞可視化圖像

Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman