目睹黑洞撕碎一颗恒星
译/艾麦乐
天文学家发现，距离地球30亿光年外一个小星系中心的黑洞，撕碎了一颗路过的恒星，然后被迅速下落的恒星物质噎住了…… 图片来源：astro.columbia.edu
经过长达5年的跟踪观测分析之后，天文学家相信他们目睹了一个巨大黑洞撕裂一颗恒星的全过程。这项研究本月发表在《天体物理学报》（The Astrophysical Journal）上。
2009年1月21日，美国麦克唐纳天文台（McDonald Observatory）的ROTSE IIIb望远镜捕捉到了一起极亮天文事件发出的闪光。这台大视场望远镜是ROTSE超新星查证项目（RSVP）的一部分，每个夜晚都会拍摄大片天区的照片，以寻找新近发生爆炸的恒星。之后，软件会自动比对接连拍摄的一系列照片，寻找天空中新出现的明亮天体——比如恒星爆炸或者伽马暴之类的暂现现象。
2009年发现的这一事件，绝对星等达到-22.5等，明亮程度堪比ROTSE团队近年来发现的所谓“超明亮超新星”（已知最明亮的一类恒星爆炸事件）。研究团队用动画片《南方公园》（South Park）里一个角色的名字给这一事件起了个昵称——“Dougie”，而它的正式学名则是ROTSE 3J120847.9 + 430121。
研究团队起初认为Dougie可能是一颗超新星，便开始着手寻找它所在的星系（星系本身亮度太暗，ROTSE望远镜无法看到）。他们发现，斯隆数字化巡天（SDSS）项目已经在Dougie所在的位置上标明了一个暗淡的红色星系。接下来，研究团队又用夏威夷的巨型凯克望远镜观测了这个星系，确定它距离地球足在30亿光年。
这些后续观测意味着，Dougie位于这个星系当中——但那里到底发生了什么事情呢？团队成员提出了4种可能的情况：超明亮超新星；两颗中子星发生并合；伽马暴；或者“潮汐瓦解事件”——也就是，一颗恒星在靠近星系中心的黑洞时被引力撕碎。
为了确认Dougie的本质，科学家用不同的方法对它进行了研究。他们利用太空中的雨燕号望远镜（Swift）对它进行了紫外观测，又用麦克唐纳天文台口径9.2米的霍比－埃伯利望远镜（Hobby-Eberly Telescope）拍摄了许多光谱。最终，他们用计算机模拟了不同物理过程发出的光可能如何来解释Dougie的各种性质——亮度如何随时间发生变化，可能展现出什么样的化学指纹——然后再跟Dougie实际观测到的性质加以比较。
具体来说，Dougie看起来不像超新星。中子星并合和伽马暴的可能性也同样被排除了。
“我们发现这个新天体的时候，它看起来类似于我们已知的超新星。”这项研究的主要作者、匈牙利赛格德大学的约瑟夫·温科（Jozsef Vinko）说，“但持续监测它的亮度变化之后，我们意识到这是先前没有人真正见过的某种现象。查明它有可能是一个超大质量黑洞在吞吃一颗恒星，这番经历相当过瘾。”
团队成员、美国得克萨斯大学奥斯汀分校超新星团队负责人J·克雷格·惠勒（J. Craig Wheeler）说，“我们意识到，这可能是一起‘潮汐瓦解’事件。”他解释说，这意味着一个黑洞巨大的引力作用于恒星一侧的力量要比另外一侧更大，由此导致的潮汐使得这颗恒星分崩离析。
他说，当一颗恒星来到黑洞附近时，它靠近黑洞的一侧所受的引力要大于背向黑洞的一侧。这种引力差可以很强大，强大到能把这颗恒星拉成面条形状。
惠勒说，这颗恒星“不会直接落入黑洞，可能会先形成一个盘。但黑洞注定会吞噬其中的绝大多数物质”。
尽管天文学家之前看到过黑洞吞噬恒星（数量总计还不到10次），但Dougie在其中仍然十分特殊：这颗恒星没那么容易被吞噬。
美国哈佛大学的詹姆斯·吉约雄（James Guillochon）和加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的恩里科·拉米雷斯－鲁伊斯（Enrico Ramirez-Ruiz）建立的计算机模型显示，瓦解的恒星物质发出了太多的辐射，给物质的下落产生了阻力。换句话说，这个黑洞被快速下落的物质噎住了。
根据Dougie发光的特征，以及他们推算出的那颗恒星原本的质量，研究团队发现Dougie在被撕碎之前是一颗类似太阳的恒星。
惠勒说，根据他们对Dougie所在星系的观测，再结合Dougie的各种性质，让他们得出结论认为，这个星系中央的黑洞质量不算太大，只有太阳的大约100万倍。（做个比较，《星际穿越》里的卡冈图雅质量是太阳的1亿倍，而银河系中心的超大黑洞质量是太阳的400万倍。）
探究Dougie的性质，还给了解又小又远的那些星系带来了意想不到的结果。正如惠勒所说，“谁知道这个小不点还拥有一个黑洞呢？”（编辑：Steed）
编译来源
美国麦克唐纳天文台官网，Black Hole Chokes on a Swallowed Star
（来源：果壳网）