天文学家发现18个黑洞吞噬附近的恒星

星光熠熠的黑洞在天空中无处不在，如果你知道如何寻找它们。这是麻省理工学院科学家的一项新研究的一个信息，该研究今天发表在 《天体物理学杂志》上。

该研究的作者报告了18个新的潮汐破坏事件（TDE）的发现 – 附近的恒星被潮汐吸入黑洞并被撕成碎片的极端例子。当黑洞盛宴时，它会在电磁波谱中释放出巨大的能量爆发。

天文学家通过寻找光学和X射线波段的特征爆发来探测以前的潮汐破坏事件。迄今为止，这些搜索已经揭示了附近宇宙中大约十几起恒星粉碎事件。麻省理工学院团队的新 TDE 是宇宙中已知 TDE 目录的两倍多。

研究人员通过观察一个非常规的波段：红外线，发现了这些以前“隐藏”的事件。除了发出光学和X射线爆发外，TDE还可以产生红外辐射，特别是在“尘土飞扬”的星系中，其中中央黑洞被星系碎片所笼罩。这些星系中的尘埃通常会吸收和遮挡光学和X射线，以及这些波段中任何TDE的迹象。在此过程中，灰尘也会升温，产生可检测到的红外辐射。因此，研究小组发现，红外辐射可以作为潮汐破坏事件的标志。

通过观察红外波段，麻省理工学院的研究小组在以前隐藏了此类事件的星系中挑选了更多的TDE。这18个新事件发生在不同类型的星系中，散布在天空中。

“这些来源中的大多数都没有出现在光学波段中，”主要作者、麻省理工学院卡夫利天体物理与空间研究所的研究生梅根·马斯特森说。“如果你想从整体上理解TDE，并用它们来探测超大质量黑洞的人口统计学，你需要在红外波段进行研究。

麻省理工学院的其他作者包括 Kishalay De、Christos Panagiotou、Anna-Christina Eilers、Danielle Frostig 和 Robert Simcoe，以及麻省理工学院物理学助理教授 Erin Kara，以及来自多个机构的合作者，包括德国马克斯普朗克地外物理研究所。

热峰值

该团队最近通过红外观测搜索发现了迄今为止最接近的TDE。这一发现开辟了一条新的、基于红外线的路线，天文学家可以通过这条路线寻找积极喂养的黑洞。

第一次检测促使该小组梳理更多的TDE。在他们的新研究中，研究人员搜索了NEOWISE的档案观测结果 – 美国宇航局宽视场红外勘测探测器的更新版本。这台卫星望远镜于2009年发射升空，在短暂中断后，继续扫描整个天空，寻找红外“瞬变”或短暂的爆发。

该团队使用合著者Kishalay De开发的算法查看了该任务的存档观测结果。该算法可以识别出红外发射中的模式，这些模式可能是红外辐射瞬态爆发的迹象。然后，该团队将标记的瞬变与200兆秒差距（6亿光年）内所有已知附近星系的目录进行交叉引用。他们发现红外瞬变可以追溯到大约1000个星系。

然后，他们放大了每个星系红外爆发的信号，以确定该信号是否来自TDE以外的来源，例如活跃的星系核或超新星。在排除了这些可能性之后，研究小组随后分析了剩余的信号，寻找TDE特征的红外模式 – 即一个尖锐的尖峰，然后是逐渐下降，反映了黑洞在撕裂恒星时突然将周围的尘埃加热到大约1000开尔文的过程，然后逐渐冷却。

该分析揭示了潮汐破坏事件的18个“干净”信号。研究人员对发现每个TDE的星系进行了调查，发现它们发生在整个天空的一系列系统中，包括尘土飞扬的星系。

“如果你仰望天空，看到一堆星系，TDE将代表性地出现在所有星系中，”Masteron说。“这并不是说它们只发生在一种类型的星系中，正如人们仅根据光学和X射线搜索所认为的那样。

“现在可以透过尘埃窥视并完成附近TDE的普查，”哈佛大学天文学教授Edo Berger说，他没有参与这项研究。“这项工作的一个特别令人兴奋的方面是大型红外调查的后续研究的潜力，我很高兴看到它们将产生什么发现。

尘土飞扬的解决方案

该团队的发现有助于解决潮汐破坏事件研究中的一些主要问题。例如，在这项工作之前，天文学家大多在一种类型的星系中看到了TDE——一个“后星爆”系统，以前是一个恒星形成工厂，但后来已经定居下来。这种星系类型很少见，天文学家对为什么TDES似乎只出现在这些更稀有的系统中感到困惑。碰巧的是，这些系统也相对没有灰尘，这使得TDE的光学或X射线发射自然更容易被探测到。

现在，通过观察红外波段，天文学家能够在更多的星系中看到TDE。该团队的新结果表明，黑洞可以吞噬一系列星系中的恒星，而不仅仅是星爆后的系统。

这些发现还解决了“缺少能量”的问题。物理学家从理论上预测，TDE辐射的能量应该比实际观察到的能量更多。但麻省理工学院的研究小组现在表示，灰尘可以解释这种差异。他们发现，如果TDE发生在尘埃星系中，尘埃本身不仅可以吸收光学和X射线发射，还可以吸收极端紫外线辐射，其数量相当于假定的“缺失能量”。

这18项新探测还帮助天文学家估计了特定星系中TDE发生的速率。当他们根据先前的探测发现新的TDES时，他们估计一个星系每50,000年就会经历一次潮汐破坏事件。这个比率更接近物理学家的理论预测。通过更多的红外观测，该团队希望解决TDE的速率，以及为它们提供动力的黑洞的特性。

“人们为这些谜题提出了非常奇特的解决方案，现在我们已经到了可以解决所有这些谜题的地步，”卡拉说。“这给了我们信心，我们不需要所有这些奇特的物理学来解释我们所看到的。我们可以更好地理解恒星如何被黑洞撕裂和吞噬背后的机制。我们正在更好地了解这些系统。

这项研究在一定程度上得到了美国宇航局的支持。