天文学家从破碎一颗过往恒星的黑洞中发现了X射线回声

天文学家利用来自Swift卫星的数据，确定了被黑洞打碎的恒星爆发的X射线耀斑的反射。

大约39亿年前，在一个遥远的星系的中心，一个巨大的黑洞的强烈潮汐力将一颗太近的恒星切碎了。当该事件产生的X射线于2011年3月28日首次到达地球时，被NASA的Swift卫星探测到，该卫星通知了世界各地的天文学家。几天之内，科学家得出结论，这次爆发（现在称为Swift J1644 + 57）既代表了恒星的潮汐破坏，也代表了先前不活跃的黑洞的突然爆发。

现在，天文学家利用斯威夫特的档案观测，欧洲航天局（ESA）的XMM-牛顿天文台和日本领导的朱雀卫星，已经确定了事件期间爆发的X射线耀斑的反射。在美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心和马里兰大学学院公园（UMCP）的博士后研究员Erin Kara的带领下，研究小组利用这些光的回声或混响来绘制气体在附近的气体流动图。第一次被新唤醒的黑洞。

“尽管我们尚不了解是什么原因导致了黑洞附近的X射线耀斑，但我们知道，一旦发生，我们可以在几分钟后检测到它的回波，一旦光线到达并照亮了流动的一部分，”卡拉解释。“这种技术被称为X射线混响映射，以前曾被用来探索黑洞周围的稳定盘，但这是我们第一次将其应用于潮汐破坏产生的新形成的盘上。”

在这位艺术家的渲染图中，随着恒星的离体漂移太近，潮汐破裂后，一个超大质量的黑洞周围形成了厚厚的吸积盘。恒星碎片已经朝黑洞坠落，并聚集在厚厚的混乱的热气盘中。圆盘中心附近的X射线闪光导致光回波，使天文学家可以绘制出漏斗状流的结构图，这是首次揭示了通常静止的黑洞周围的强引力效应。

落入黑洞的恒星碎片收集到称为吸积盘的旋转结构中。在那里，气体被压缩并加热到数百万度，然后才最终溢出黑洞的事件视界，在该视界范围内，任何东西都无法逃逸，天文学家无法观察到。Swift J1644 + 57吸积盘比稳定的盘更厚，更湍急并且更混乱，稳定的盘已经有时间安顿下来，形成一个有序的例行程序。研究人员在《自然》杂志在线发表的一篇论文中介绍了这些发现。

该研究的一个惊奇之处在于，高能X射线从磁盘的内部产生。天文学家曾认为，这种发射的大部分来自加速到接近光速的窄粒子喷流。在由超级大质量黑洞驱动的最发光的银河系大爆炸中，射流产生的能量最高。

“我们确实看到了来自Swift J1644的喷气式飞机，但X射线来自我们正在向下注视的一个陡峭的进气漏斗底部的黑洞附近的一个紧凑区域，”戴利欣说， UMCP的博士后研究员。“产生回波的气体本身沿漏斗表面向外流动，其速度高达光速的一半。”

在黑洞附近产生的X射线激发回旋气体中的铁离子，使它们发出荧光，并发出独特的高能辉光，称为铁K线发射。随着X射线耀斑的变亮和变暗，气体会在短暂的延迟后依循，该延迟取决于气体与源之间的距离。

“来自耀斑的直射光与回声具有不同的特性，我们可以通过监视不同X射线能量之间的亮度变化来检测混响，”安妮密歇根大学天文学教授合著者乔恩·米勒（Jon Miller）说。乔木。

斯威夫特J1644 + 57是产生高能X射线的仅有的三个潮汐破坏之一，迄今为止，它仍然是唯一在此发射峰出现的事件。这些星际碎裂事件短暂地激活了天文学家原本不知道的黑洞。天文学家认为，对于每个现在正在活跃地吸收气体并产生光的黑洞，其他九个黑洞处于休眠状态并且是黑暗的。这些静止的黑洞在宇宙年轻时就很活跃，并且在星系的演化中起着重要作用。因此，潮汐破坏可以让您一眼看到超大黑洞的寂静。

Swift的紫外/光学（白色，紫色）和X射线望远镜（黄色和红色）的图像被合并到Swift J1644 + 57的合成物中，X射线爆发天文学家将其归类为潮汐破坏事件。该事件仅在X射线图像中可见，该图像是2011年3月28日拍摄的3.4小时。当一颗过往的恒星离一个超大质量黑洞太近时，就触发了爆发。这颗恒星被撕裂了，许多气体流向了黑洞。迄今为止，这是唯一的潮汐破坏事件，其发射的高能X射线被天文学家捕捉到了峰值发光度。

UMCP天文学教授克里斯·雷诺兹（Chris Reynolds）说：“如果我们只看活跃的黑洞，我们可能会得到一个有强烈偏见的样本。”“可能是这些黑洞都适合在一定范围的自旋和质量范围内。因此，研究整个人群以确保我们不会有偏见很重要。”

研究人员估计，Swift J1644 + 57黑洞的质量约为太阳的一百万倍，但并未测量其自旋。随着对理解和建模吸积流的进一步改进，该团队认为这样做是可能的。

出版物：Erin Kara等人，“潮汐扰动事件的吸积流中的相对论混响”，《自然》（2016）doi：10.1038 / nature18007