中國科大發現罕見潮汐撕裂恒星事件候選體

（香港文匯網記者趙臣 合肥報道）潮汐撕裂恒星事件是進行黑洞質量普查、研究黑洞吸積、噴流與反饋物理等的重要、有效手段，因而是時域天文的重要研究方向之一。近二十年來，潮汐撕裂恒星事件的觀測研究已取得斐然進展，但是仍亟待大規模的觀測發現以及後續的系統深入研究。近日，中國科學技術大學薛永泉教授領銜的一個國際研究團隊發現了一例非常罕見的、迄今最為暗弱、具有極端光變的源自超大質量雙黑洞的X射線潮汐撕裂恒星事件候選體，相關成果以「The Faintest, Extremely Variable X-ray Tidal Disruption Event from a Supermassive Black Hole Binary?」為題發表在國際綜合期刊《The Innovation》上。

據介紹，當一顆恒星無意遊走侵入黑洞統治的領域時，宇宙中最強引力場的威壓將導致其逐漸變橢。倘若這顆恒星步子邁得太大，跨過了潮汐半徑，由於其自身的引力已無法與黑洞潮汐力抗衡，最終它將被狠狠地撕成碎片，大概一半的恒星碎片會被黑洞吸積並釋放電磁波，從而被我們地球上的望遠鏡探測到，這就是潮汐撕裂恒星事件。

潮汐撕裂恒星事件的提出源自上世紀70年代。那時，天文學家發現有些星系的中心異常明亮，也就是後來被稱為活動星系核的天體。天文學家逐漸認識到，星系中心往往存在一個超大質量黑洞（質量是太陽質量的一百萬倍以上），其周圍存在的吸積盤將被吸積物質的引力勢能高效地轉化為內能、輻射能，從而達到如此不可思議的光度。但仍有一個問題，需要有源源不斷的物質供給才能維持這樣高的光度，也就是活動星系核的物質供給從哪裏來？潮汐撕裂恒星事件當時作為一種可能的解釋被提了出來，即黑洞通過不斷撕裂恒星來維持物質的供給；另一種可能的解釋是，黑洞從宿主星系那裏獲得了源源不斷的氣體。通過理論計算，天文學家發現潮汐撕裂恒星事件的事件發生率過低，沒有那麼多倒霉的恒星來給黑洞送燃料。於是，潮汐撕裂恒星事件在這場關於活動星系核能量來源之爭中敗下陣來，但其讓黑洞「短暫變亮」的特性，卻成為了研究寧靜黑洞珍貴的探針。近年來，隨着時域天文的不斷發展，潮汐撕裂恒星事件越來越受到關注。

錢德拉南天深場是迄今為止曝光時間最長（約七百萬秒）從而最深、最靈敏的X射線巡天。研究團隊在錢德拉南天深場中發現了一例光變非常有趣的X射線暫現源（即突然變亮從而被探測到、隨後變暗直至無法探測的天體；取名為XID 935），其所有的X射線觀測時間跨度接近20年。和光學圖像對比，XID 935的位置位於其宿主星系（距離我們約42億光年）中心，表明它很有可能和中心的超大質量黑洞有關，但通過研究其光譜發現，它並沒有活動星系核的光譜特徵。另外一種可能是，它是作為前景的銀河系內的X射線雙星，只不過偶然在我們的視線上與遠處的星系中心重合，但通過計算可以發現，X射線雙星發生這種事件的概率微乎其微。於是，XID 935最合理的解釋就是潮汐撕裂恒星事件，因為別的暫現源圖像都無法與觀測相符；並且，它是所有已知X射線潮汐撕裂恒星事件中最為暗弱的一例，要不是錢德拉南天深場具有極高的靈敏度，它根本就不會被探測到。

通常來說，潮汐撕裂恒星事件的光度在達到峰值後會呈現單調冪律下降的趨勢。XID 935的光變之所以有趣，是因為它的光度在整體下降（近20年間變暗超過40倍直至無法探測到）的過程中，還出現了突然變暗又變亮（兩個月內變亮超過27倍）的情況，預示着這可能是一例發生在超大質量雙黑洞系統中的潮汐撕裂恒星事件——這樣的事件非常罕見，之前僅有兩例候選體，但它們的數據質量都遠不如XID 935，且距離我們都要近得多。與普通的單黑洞潮汐撕裂恒星事件不同，當一顆恒星被主黑洞撕裂，恒星殘骸流可能會被次黑洞干擾，導致無法正常回落到主黑洞，物質供給的中斷導致光度驟然下降；當次黑洞遠離後，恒星殘骸流又能正常回落到主黑洞，於是主黑洞繼續吸積殘骸從而恢復光度。

XID 935長約20年的X射線觀測數據（所有X射線望遠鏡的觀測總時長接近一千萬秒，達到前所未有的深度）及其快速、極端的光度變化，為今後潮汐撕裂恒星事件理論模型與數值模擬的深入、定量研究提供了一個重要的觀測基礎與試金石。隨着時域天文的發展，潮汐撕裂恒星事件的探測數量將會不斷擴大，具有統計學意義的潮汐撕裂恒星事件大樣本研究將有助於我們深刻理解這種天文現象，從而加深對黑洞物理與吸積物理的理解。

論文第一作者為中國科學技術大學博士研究生黃夢秋，通訊作者為中國科學技術大學薛永泉教授與中國科學院國家天文台李碩助理研究員，其餘合作者來自北京大學、香港大學、中山大學、加州大學伯克利分校、智利天主教大學、博洛尼亞大學、密歇根大學、南京大學、拉德堡德大學、廈門大學、華中科技大學、馬普地外物理研究所、安徽師範大學、上海天文台等單位。該項研究得到科技部、國家自然科學基金委、中國科學院等機構的資助。