在宇宙的深邃舞台上,黑洞向来以神秘莫测的形象示人。长久以来,科学家们普遍认为,当恒星不幸被黑洞吞噬,便会在“潮汐瓦解事件”中彻底消失,如同宇宙中的一粒尘埃被无情抹去。然而,近年来的观测结果却颠覆了这一传统认知,揭示出黑洞在吞噬恒星后,竟会出现类似“消化不良”的奇特现象。
黑洞虽不可见,却是宇宙中能量释放极为耀眼的存在。当一颗恒星过于靠近黑洞时,强大的引力会将其撕裂,引发一场壮观的“潮汐瓦解事件”。恒星在靠近黑洞的过程中,首先会被扭曲拉伸,随后约半数物质被抛向远方,剩余部分则在黑洞周围形成飞盘状的吸积盘。这个新形成的吸积盘并不稳定,物质在其中翻涌碰撞,激发出可在无线电波段观测到的璀璨光芒。
这类事件在宇宙中极为罕见。科学家估算,银河系中心的超大质量黑洞约每百万年才会吞噬一颗恒星。但一旦发生,其释放出的光与能量足以跨越数百万甚至数十亿光年,被地球上的天文学家所观测到。过去,天文学家们认为,在这场“盛宴”过后,被吞噬的恒星会彻底消失无踪。然而,近五年的观测结果却带来了意想不到的发现。
观测显示,黑洞在吞噬恒星数年后,竟会再度喷出物质,仿佛经历了一场“消化不良”。科学家发现,近半数吞噬恒星的黑洞在沉寂数年后,会突然在射电波段爆发,这一现象被形象地称为宇宙级的“打嗝”。这些物质显然不可能来自黑洞事件视界内部,更可能是来自事件视界外吸积盘中激荡的物质。但黑洞为何会在延迟如此久之后才“打嗝”,目前仍是天文学界的一大谜团。
大多数银河系大小或更大的星系,中心都隐藏着一个超大质量黑洞。这些黑洞的质量可达太阳的数百万倍乃至数十亿倍,其事件视界范围可能超越冥王星绕日轨道半径。然而,黑洞并不会像吸尘器一样肆意吞噬物质。以银河系中心的黑洞为例,它距离地球2.7万光年,质量约为太阳质量的400万倍。数十年来,天文学家一直追踪着稳定绕转该黑洞的数十颗恒星,但认为还有数千个不可见的天体,其中很多是中子星、白矮星等死亡恒星的残骸。
当某个未知天体扰动了一颗恒星的轨道,将其推向与黑洞相撞的不归路时,这颗恒星便会在远未到达事件视界之前,开始经受潮汐力的撕扯。离黑洞越近,引力越强,恒星靠近黑洞的一侧会比另一侧受到更强的引力,导致恒星被拉伸变形。在潮汐半径处,恒星两侧受到的拉力差最终会大于恒星内部的引力,使其沿着运动方向解体,这一过程也被称为“意大利面化”。恒星解体后,一半物质会立即向外抛射,其余则形成新的吸积盘绕着黑洞晃动。此时,吸积盘物质质量的剧烈变化通常会在可见光波段产生非常明亮的耀发。
第一例潮汐瓦解事件的“候选者”于20世纪90年代被发现,至今天文学家已观测到约100例此类事件。恒星解体发出的闪光可以在数百万光年外被看到,乍一看很像一颗爆炸的恒星。但潮汐瓦解事件发生在潜伏着超大质量黑洞的星系中心,而超新星可能发生在任何地方;且来自黑洞耀发的光谱与垂死恒星的光谱也不相同。天文学家在恒星解体事件中会观测到大量氢的光谱特征,因为这颗恒星可能含有大量从未被利用过的剩余燃料。
每年,天文学家都能发现大约十几例新的潮汐瓦解事件,它们发生在平时不怎么“进食”的黑洞周围。这些黑洞与活动星系核不同,后者会进行长达数年的“饕餮盛宴”,吸入大量气体并持续发光。相比之下,潮汐瓦解事件则相对受控,使天文学家得以观察将一小块非常致密的物质一次性注入黑洞时会发生什么。
当射电天文学家发现新的潮汐瓦解事件时,便会调转望远镜,去寻找从新形成的吸积盘向外流出的质量和能量所发出的辐射。射电波来自这些外流所产生的磁场中电子的螺旋运动,为天文学家提供了一个在其他波长下无法获得的物理图像。通过探测逃逸物质的速度、爆发的能量、磁场的强度等,天文学家可以深入了解黑洞周围的环境。
在潮汐瓦解事件中释放的全部物质中,大约有99%以光速的10%或更低的速度运动,被称为非相对论性物质。然而,剩下的1%则非常不同,它们会汇聚成一个以接近光速发射的喷流,称为“相对论性外流”。第一例已知的相对论性潮汐瓦解事件名为Swift J1644+57,于2011年被发现。当时,它探测到一个来自38亿光年外的星系中心发出的奇怪辐射爆发。在持续一年半的稳定辐射后,该事件中的喷流突然关闭,可能是因为供给喷流的恒星物质大部分已被消耗殆尽。
天文学家曾认为所有潮汐瓦解事件的光变模式都是相似的,耀发持续几个月后就沉寂下去。然而,近年来的发现却打破了这一假设。一位射电天文学家在处理数据时,意外发现了一个名为AT2018hyz的潮汐瓦解事件在射电波段突然增强。这一发现引发了天文学界的广泛关注,因为此前从未有人在这片区域探测到射电波。
进一步分析显示,有好几个数年前发生的潮汐瓦解事件也出现了新的射电探测信号。这些事件最初被发现后过一段时间便“熄灭”,现在又重新“亮”了起来。这似乎意味着黑洞在吞噬恒星几年后会“消化不良”并“打嗝”。这一现象令人惊讶,因为时隔几年才有光点再重新亮起的时间间隔并不寻常。且科学家们并未观测到可见光或X射线的变化,表明黑洞并非简单地开始吞噬另一颗恒星。
为了深入探究黑洞“打嗝”的原因,天文学家对大约二十几个黑洞进行了巡天观测。他们发现,在这些黑洞中,有10个在射电波段重新“亮”了起来。这一发现表明黑洞“打嗝”可能是常见的现象,为检验黑洞物理学提供了新的线索。尽管仍有许多未解之谜,但天文学家们已经确定,潮汐瓦解事件主要在最初几个月内释放光和能量的假设是错误的。射电辐射最常见于瓦解发生至少1000天后,且有些黑洞似乎会释放第二波射电波洪流。
目前,天文学家们正在使用甚长基线干涉测量(VLBI)等技术来研究这些“打嗝”的黑洞。他们希望通过连接北美和欧洲的射电望远镜,创建一个虚拟的射电望远镜,以直接观测到从黑洞中喷出的物质。同时,他们还希望扩大已知的潮汐瓦解事件的观测范围,以监测是否有更多“打嗝”现象发生。随着新望远镜的投入使用和新技术的不断发展,天文学家们有望揭开黑洞“打嗝”之谜的更多面纱。











