潮汐瓦解事件（TDEs）是指當(dāng)星系中心的黑洞將一顆鄰近恒星吸近，潮汐力將其撕成碎片，釋放出巨大能量的過程。自1990年代以來，科學(xué)家已探測到約100起此類事件，通常表現(xiàn)為在無塵或低塵星系中閃耀的X射線或可見光。
近日，來自麻省理工學(xué)院、哥倫比亞大學(xué)及其他機(jī)構(gòu)的天文學(xué)家們，利用美國宇航局的詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（JWST），穿透附近星系的塵埃，窺探到了黑洞“吞噬恒星”之后的余波。
在之前的工作中，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，TDE釋放的大部分X射線和可見光會(huì)被星系塵埃遮擋，傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡難以捕捉。然而，同一次爆發(fā)也會(huì)加熱周圍塵埃，產(chǎn)生新的信號——紅外輻射。
基于此，研究團(tuán)隊(duì)利用世界最強(qiáng)紅外探測器韋伯望遠(yuǎn)鏡，對四個(gè)“塵霧重重”的星系進(jìn)行觀測。在塵埃之中，韋伯望遠(yuǎn)鏡清晰地檢測到了恒星殘骸等物質(zhì)在黑洞周圍旋轉(zhuǎn)并最終被吞噬的過程。望遠(yuǎn)鏡還捕捉到與通常的活躍星系（中心黑洞持續(xù)吸積物質(zhì)）截然不同的塵埃輻射模式。
綜合觀測結(jié)果，研究人員確認(rèn)這四個(gè)星系均曾發(fā)生潮汐瓦解事件，并推斷這些事件并非源自持續(xù)活躍的超大質(zhì)量黑洞，而是原先幾乎處于休眠狀態(tài)的黑洞，直到一顆恒星近距離掠過而被“喚醒”。
“這是韋伯望遠(yuǎn)鏡首次觀測到的潮汐瓦解事件，它們與我們以往看到的任何現(xiàn)象都截然不同，”論文第一作者、麻省理工學(xué)院卡弗里天體物理與空間研究所的研究生MeganMasterson表示?！拔覀円呀?jīng)確認(rèn)這些事件確實(shí)是由黑洞吸積驅(qū)動(dòng)的，但它們的環(huán)境與常見活躍黑洞周圍的環(huán)境并不相同。如今，我們終于可以研究休眠黑洞所處的真實(shí)環(huán)境，這令人十分興奮。”
該研究的麻省理工學(xué)院作者還包括ChristosPanagiotou、ErinKara、Anna-ChristinaEilers，以及哥倫比亞大學(xué)的KishalayDe和其他多家機(jī)構(gòu)的合作者。本研究部分由NASA資助。
借助哥倫比亞大學(xué)合作者KishalayDe開發(fā)的算法，研究團(tuán)隊(duì)此前利用另一臺紅外探測器——NASA近地天體廣域紅外巡天探測器（NEOWISE）進(jìn)行了長達(dá)十年的探測研究。
研究團(tuán)隊(duì)在NEOWISE長達(dá)十年的數(shù)據(jù)中搜尋在原本寧靜的星系中突然出現(xiàn)的紅外輻射峰值。這些短暫閃光可能是黑洞短暫蘇醒、吞噬路過恒星的信號。當(dāng)時(shí)搜索共發(fā)現(xiàn)了約12個(gè)這樣的信號，團(tuán)隊(duì)判斷它們很可能源自潮汐瓦解事件。
“在那項(xiàng)研究中，我們找到了這12個(gè)看起來完全像TDE的源，”Masterson說。“我們提出了許多論據(jù)：信號能量極高，且這些星系此前并不活躍，因此必然是突發(fā)的TDE所致。但除了零散線索外，并沒有直接證據(jù)?！?/p>
憑借韋伯望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)高于NEOWISE的靈敏度，研究人員希望分辨出特定波長的紅外輻射，它們將成為潮汐瓦解事件相關(guān)條件的明確“指紋”。
在新工作中，團(tuán)隊(duì)專門尋找一種僅由黑洞吸積產(chǎn)生的紅外峰值。黑洞吸積是指物質(zhì)在旋轉(zhuǎn)的氣盤中被拉向黑洞的過程。該吸積盤釋放出巨量輻射，強(qiáng)度足以將單個(gè)原子中的電子踢出。尤其是，這種吸積過程會(huì)把氖原子的多個(gè)電子轟離，形成的離子隨后躍遷，在韋布望遠(yuǎn)鏡能夠探測的極特定波長上發(fā)出紅外輻射。
“除了黑洞吸積，宇宙中沒有任何機(jī)制能把氣體激發(fā)到這種能量?！盡asterson表示。
研究人員在他們之前鎖定的12個(gè)TDE候選體中，挑出4個(gè)進(jìn)一步驗(yàn)證。這4個(gè)信號包括：迄今最近的一起潮汐瓦解事件，發(fā)生在約1.3億光年外的星系；一起同時(shí)出現(xiàn)X射線爆發(fā)的TDE；一個(gè)可能源于氣體以極高速度繞中心黑洞旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的信號；以及一個(gè)曾被認(rèn)為是超新星（瀕死恒星坍縮）而非TDE的光學(xué)閃變。
“這4個(gè)信號是我們最接近‘板上釘釘’的案例，”Masterson說，“但韋布數(shù)據(jù)讓我們能夠明確地說它們就是真正的TDE?！?/p>
在Kishalay設(shè)計(jì)的觀測計(jì)劃下，團(tuán)隊(duì)用韋伯指向這4個(gè)星系，結(jié)果在全部四個(gè)源中都觀測到?jīng)Q定性的光譜線。這些測量證實(shí)，所有四個(gè)星系都出現(xiàn)了黑洞吸積。但問題仍在：這種吸積是由潮汐瓦解觸發(fā)、黑洞短暫蘇醒并吞噬恒星的臨時(shí)現(xiàn)象？還是活躍黑洞長期吸積的常態(tài)特征？若是后者，則TDE的可能性就小得多。
為區(qū)分這兩種情形，團(tuán)隊(duì)利用韋布探測了另一段紅外波長，該波長指示硅酸鹽亦即星系塵埃的存在。隨后，他們在每個(gè)星系中繪制了塵埃分布圖，并與已知中心黑洞持續(xù)吸積的活躍星系進(jìn)行對比——后者的塵埃通常呈團(tuán)塊、甜甜圈狀。Masterson發(fā)現(xiàn)，這四個(gè)源的塵埃模式與典型活躍星系截然不同，表明這些星系中心的黑洞平常并不活躍，而是處于休眠狀態(tài)。因此，如果吸積盤確實(shí)形成，那必定是一次潮汐瓦解事件的結(jié)果。
“綜合來看，這些觀測說明這些耀斑只能是TDE?！盡asterson表示。
其與合作者計(jì)劃繼續(xù)利用NEOWISE、韋伯及其他紅外望遠(yuǎn)鏡，挖掘更多此前被隱藏的潮汐瓦解事件。足夠多的樣本將使TDE成為探測黑洞性質(zhì)的有效探針。例如，恒星被撕裂的比例、殘骸被吸積和吞噬的速率，都能揭示黑洞的基本屬性，如質(zhì)量和自旋。
“黑洞吞噬全部恒星物質(zhì)的過程其實(shí)耗時(shí)很長，”Masterson說，“并非瞬間完成。希望我們能開始測量這一過程持續(xù)多久，以及那環(huán)境究竟長什么樣。沒人真正知道，因?yàn)槲覀儾艅倓傊职l(fā)現(xiàn)和系統(tǒng)研究這些事件。”
1.https://news.mit.edu/2025/astronomers-discover-star-shredding-black-holes-hiding-in-dusty-galaxies-0724
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