天文学家探测到自大爆炸以来最强大的爆炸

“极端核瞬变事件”比标准超新星罕见一千万倍。
An unlucky massive star approaches a supermassive black hole
一张艺术家的插画,描绘了一颗不幸的大质量恒星接近一个超大质量黑洞。图片来源:夏威夷大学

在任何给定时刻,整个宇宙中,大质量的宇宙天体都在释放着难以想象的能量。恒星像天体的核聚变反应堆一样燃烧,类星体发出的亮度是银河系的数千倍,而小行星则撞击行星。但所有这些与夏威夷大学天文学研究所 (IfA) 的研究人员发现的一类新事件相比都相形见绌。根据他们于6月4日在《Science Advances》杂志上发表的研究结果,现在是时候将宇宙中最具能量的爆炸归类为极端核瞬变事件——或称 ENTs 了。

ENTs 既毁灭性又罕见。它们只发生在质量至少是太阳三倍的大质量恒星漂移得离超大质量黑洞太近时。随之而来的碰撞力会摧毁恒星,将能量流向大片空间。被称为潮汐撕裂事件 (TDEs) 的类似事件,已知会在(相对)较小的规模上发生,并且已被记录十多年。但 ENTs 则完全是另一回事。

“ENTs 是截然不同的存在,”该研究的首席作者、天文学家 Jason Hinkle 在一份相关声明中解释道。“ENTs 不仅比普通的潮汐撕裂事件亮得多,而且它们能持续发光数年,远远超过已知最亮的超新星爆炸的能量输出。”

Hinkle 在研究瞬变天体——从星系中心喷射能量的持久闪焰——时,首次注意到 ENTs。欧洲空间局的盖亚任务捕捉到的两个特别奇怪的例子引起了他的注意。这对事件的亮度增加的时间尺度比之前记录的瞬变天体要长得多,但却缺乏一些它们通常的特征。

“盖亚任务并不能告诉你瞬变天体是什么,只告诉你亮度发生了变化,”Hinkle 说。“但当我看到来自遥远星系中心的这些平滑、持久的闪焰时,我知道我们看到了一些不寻常的东西。”

Hinkle 很快联系了世界各地的天文台团队,开始了一项为期多年的项目来理解这些异常现象。在此过程中,Zwicky 瞬变探测器在圣迭戈的帕洛马天文台还探测到了第三个可疑对象。经过数月的分析,Hinkle 和他的合作者意识到他们目睹了前所未有的景象。

Illustration of infrared black hole
红外回声表明,一个尘埃圆环包围着中心黑洞和新形成的吸积盘。图片来源:夏威夷大学

天文学家分析的 ENTs 显示出更平滑、更持久的闪焰,这指向了一个非常特殊的现象——一个超大质量黑洞正在吸积一颗巨大的、迷路的恒星。

这与更标准的黑洞不同,标准的黑洞通常会不可预测地获得物质和能量,导致亮度出现不规则的波动。

ENTs 的能量和亮度令人震惊。Hinkle 研究中最强大的 ENT,Gaia18cdj,产生的能量是已知最强大的超新星的25倍。作为参考,一颗标准超新星在一年的时间内释放的能量相当于太阳在其100亿年整个生命周期中释放的总能量。而 Gaia18cdj 则在短短12个月内就释放了相当于100个太阳的总能量。

ENTs 及其巨大的能量爆发的影响远远超出了它们令人印象深刻的能量输出。天文学家认为它们是宇宙中最关键事件的驱动因素。

“这些 ENTs 不仅仅标志着一颗大质量恒星生命的戏剧性终结。它们照亮了负责形成宇宙中最大黑洞的过程,”Hinkle 说。

从地球上看,ENTs 也可以帮助研究人员继续研究大质量、遥远的黑洞。

“因为它们非常明亮,我们可以在浩瀚的宇宙距离上看到它们——在天文学中,看得很远就意味着回望过去,”该研究的合著者、天文学家 Benjamin Shappee 解释道。“通过观测这些持久的闪焰,我们可以了解宇宙年龄只有现在一半时期的黑洞增长……当时恒星的形成和超大质量黑洞的增长比今天活跃十倍。”

然而,对天文学家来说,有一个问题。虽然超新星相对来说记录得很详细,但 ENTs 的发生频率估计比超新星低至少一千万倍。这意味着进一步的研究需要国际政府、天文学协会和公众的支持,持续监测宇宙。

 

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Andrew Paul

特约撰稿人

Andrew Paul 是 Popular Science 的特约撰稿人。


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