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超大质量黑洞的引力捕获的恒星-幸存下来!

2021-10-09 10:50:09来源:

天文学家可能已经发现了一种新的生存故事:一颗恒星,它的刷子上有一个巨大的黑洞,并且通过惊叹于X射线来讲述这个故事。来自美国宇航局钱德拉X射线天文台和欧洲航天局XMM-牛顿的数据揭示了一个起因,其原因是一颗红色的巨型恒星在离地球约2.5亿光年的银河系中徘徊太近,接近一个超大质量黑洞。黑洞位于一个名为GSN 069的星系中,其质量约为太阳的400,000倍,处于超大质量黑洞规模的较小端。
X射线:NASA / CXO / CSIC-INTA / G.Miniutti等;插图:NASA / CXC / M。魏斯;

天文学家可能已经发现了一种新的生存故事:一颗星上有一个带有巨大黑洞的刷子,并且活着通过X射线的感叹来讲述这个故事。

来自美国宇航局钱德拉X射线天文台和欧洲航天局XMM-牛顿的数据揭示了一个起因,其原因是一颗红色的巨型恒星在离地球约2.5亿光年的银河系中徘徊得太近,接近一个超大质量黑洞。黑洞位于一个名为GSN 069的星系中,其质量约为太阳的400,000倍,处于超大质量黑洞的天平的小端。

一旦黑洞的引力捕获了红色巨星,就将含有氢的恒星的外层剥去,并朝黑洞倾斜,将恒星的核(称为白矮星)抛在身后。

“在我对X射线数据的解释中,白矮星幸存了下来,但没有逃脱,”执行这项研究的英国莱斯特大学的安德鲁·金说。“它现在被困在黑洞周围的椭圆轨道上,大约每九小时绕一圈。”

当白矮星几乎每天绕轨道运行三次时,黑洞将以最接近的方式将物质拉出(距离黑洞不超过事件视界半径的15倍(无返回点))。恒星碎屑进入围绕黑洞的盘中,并释放出钱德拉和XMM-牛顿可以检测到的X射线爆发。此外,金预测,黑洞和白矮星对将发射引力波,特别是在它们的最近点。

恒星及其轨道的未来将是什么?引力波和失去质量的恒星的增大共同作用的结果,应该会使轨道变得更圆并增大。在这种情况下,质量损失的速度稳定地减慢,并且白矮星逐渐远离黑洞旋转。

“它将努力逃脱,但没有逃脱。黑洞将越来越慢地吞噬它,但永远不会停止。”金说。“原则上,这种质量损失将持续到甚至在白矮星成为行星之后,大约一万亿年之内,其质量类似于木星。对于宇宙来说,这将是一个非常缓慢和令人费解的方式!”

天文学家已经发现许多恒星由于遇到黑洞而被完全撕裂(所谓的潮汐破坏事件),但几乎没有报道说有遗漏的案例,恒星很可能幸免于难。

考虑到宇宙交通模式的统计数据,这样的掠食遭遇比直接碰撞更为普遍,但是由于一些原因,它们很容易被错过。首先,可能需要一颗质量更大,尚存的恒星太久才能完成绕黑洞的轨道,天文学家才能看到它们反复爆发。另一个问题是,比GSN 069中的质量大得多的超大质量黑洞可能直接吞噬一颗恒星,而不是该恒星掉入周期性失去质量的轨道。在这种情况下,天文学家将不会观察到任何东西。

“从天文角度来讲,只有我们目前的望远镜能够在短短的大约2000年时间内看到此事件,”金说。“因此,除非我们非常幸运地抓住了这个,否则我们可能还会遗漏更多。这样的遭遇可能是黑洞扩大到GSN 069的黑洞的主要方式之一。”

金预言白矮星的质量只有太阳质量的十分之二。如果白矮星是红色巨星的核心,而红色巨星的氢被完全剥夺,那么它应该富含氦气。氦可能是在红色巨人的进化过程中通过氢原子的融合而产生的。

金说:“令人惊奇的是,可以推断出2.5亿光年远的小恒星的轨道,质量和组成。”

金根据自己的情况做出了预测。由于白矮星离黑洞非常近,因此广义相对论的影响意味着轨道轴的方向应该摆动或“进动”。此摆动应每两天重复一次,并且在足够长的观察时间内可能可以检测到。

描述这些结果的论文发表在2020年3月的《皇家天文学会月刊》上。美国国家航空航天局(NASA)的马歇尔太空飞行中心(Marshall Space Flight Center)管理钱德拉(Chandra)计划。史密森尼天文观测台的钱德拉X射线中心控制着剑桥和马萨诸塞州伯灵顿的科学和飞行业务。

参考:2020年2月7日,安德鲁·金(Andrew King)撰写的“ GSN 069 –怀念附近的潮汐破坏”,皇家天文学会月报。DOI:
10.1093 / mnrasl / slaa020arXiv:
2002.00970