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2025-12-20 0
文|锐资
编辑|锐资
家人们,宇宙又上演了一出“惊天惨案”!距离地球11亿光年的地方,一个质量相当于100个太阳的中等质量黑洞,把它的巨型伴星硬生生撕碎。
短短几天内释放的能量堪比普通超新星的百倍。这道神秘的明亮蓝色闪光,终于被科学家揭开了真面目!
这个被命名为AT2024wpp的宇宙事件,属于一类罕见的天文现象,明亮快速蓝色光学瞬变,简称LFBOT。
加州大学伯克利分校的研究团队通过多波段观测分析,把这项研究成果发表在了《天体物理学杂志快报》上。
这不仅解开了困扰天文学界十年的LFBOT起源之谜,还为搞懂大质量黑洞的形成提供了全新线索,简直是宇宙送上门的“科普教材”!
先给大家科普下LFBOT有多特别。这类现象亮度高得惊人,哪怕远在数亿甚至数十亿光年外都能被观测到,但持续时间特别短,通常只有几天到几周。
它们发出的光主要是蓝色和紫外线,这意味着辐射能量极高,比普通恒星爆炸猛多了。自从2014年首次发现这类现象以来,天文学家总共才确认了十几起案例。
2018年发现的AT2018cow因为编号刚好拼出“cow”(奶牛),被研究者起了个昵称。
之后大家就养成了给这类天体起动物绰号的习惯,比如考拉、塔斯马尼亚恶魔、雀鸟等等,给严肃的科学研究添了不少趣味。
但趣味背后,是天大的科学困惑:到底什么天体物理过程,能在这么短时间内释放这么大的能量,还主要以高能光子的形式辐射?
一开始,科学家们觉得可能是超新星爆炸的特殊变种,毕竟超新星是大质量恒星生命终结时的剧烈爆发,核心坍缩会触发外层物质猛烈抛射,有些极端类型的超新星确实能产生明亮的蓝色辐射。
还有一种假说认为是潮汐瓦解事件,也就是恒星太靠近黑洞,被潮汐力撕碎,碎片坠入黑洞时释放引力势能。
直到AT2024wpp被发现,这场辩论才有了答案。作为迄今为止最明亮的LFBOT,它比之前的“奶牛”事件还要亮五到十倍,给研究团队提供了前所未有的详细数据。
博士后研究员纳亚娜负责分析X射线和射电波段的数据,研究生娜塔莉・勒巴伦主导了光学、紫外和近红外波段的研究,两篇论文都在拉斐拉・马尔古蒂副教授的指导下完成。
关键的突破来自精确的能量计算。研究团队整合了从射电波到X射线整个电磁波谱的观测数据,重建了事件的总能量输出。
结果让所有人都震惊了:AT2024wpp在短短几周内释放的能量,需要把太阳静止质量的10%转化为纯能量才能实现!
这个数字远远超出了任何已知类型超新星的能力,哪怕是最极端的超新星爆炸,能量转化效率也达不到这个水平。
勒巴伦直言,他们最初用的超新星模型完全错了,普通恒星爆炸根本不可能在这么短时间内驱动这么巨大的辐射。
这就迫使研究团队转向更极端的物理过程和黑洞相关的引力相互作用。
要知道,黑洞是宇宙中最高效的能量转换器,物质坠入黑洞时,能把自身静止质量的相当比例转化为辐射,效率远超核聚变或核裂变。
但普通的潮汐瓦解事件也不够,典型的潮汐瓦解涉及的是数百万到数十亿太阳质量的超大质量黑洞,它们待在星系中心,偶尔捕获误入的恒星,这类事件的光谱特征和时间演化,和LFBOT明显不一样。
于是研究团队提出了一个全新模型:这次事件的主角是一个此前很少被观测到的“中间派”中等质量黑洞,质量大概在太阳的百倍到十万倍之间。
结合双星系统的演化历史,我们能拼凑出这场宇宙惨剧的全过程。
一开始,这是一对大质量恒星组成的双星系统,两颗恒星都比太阳重得多。其中质量较大的那颗先走到生命尽头,核心坍缩形成了黑洞。
之后,这个黑洞就开始慢慢从伴星身上“吸血”吸取物质,这个过程可能持续了数百万年。
被吸走的气体围绕黑洞形成了吸积盘,但黑洞消化物质的速度有限,大量物质在远处堆积,形成了一层包裹黑洞的厚重气体壳。
而那颗伴星,在漫长的“被寄生”过程中逐渐失去质量,但依然保持着不小的规模。它很可能演化成了沃尔夫-雷耶星,这种恒星表面温度极高。
已经丢了大部分氢外层,露出了富含氦和重元素的内核,这和AT2024wpp光谱中氢线相对较弱的特征刚好吻合。
最终,随着轨道不断衰减,伴星进入了黑洞的潮汐半径,强大的潮汐力在短短几天内就把整颗恒星完全撕碎。
撕裂后产生的恒星物质形成了新的吸积盘,以极高速度坠向黑洞。这些新鲜物质猛烈撞击了已经存在的老旧吸积盘和周围的气体壳,撞击产生的激波把物质加热到极高温度,发出了强烈的X射线、紫外线和蓝光。
同时,部分物质沿着黑洞的旋转轴方向被加速,形成了相对论性喷流,以接近光速40%的速度喷射出去,这些喷流和周围的星际介质相互作用,又产生了射电辐射。
这个复杂的图景,得到了多波段观测数据的全力支持。钱德拉X射线天文台、斯威夫特卫星和NuSTAR探测到了高能X射线辐射。
阿塔卡马大型毫米波阵列和澳大利亚望远镜紧凑阵列记录了射电波段的变化;凯克天文台、利克天文台和双子座天文台则提供了光学和近红外数据。
这种多波段协同观测,就像给宇宙事件做了个“全身扫描”,不同波段的信息相互印证,才拼凑出了完整的物理图景。
这项研究还有个重大意义,就是为中等质量黑洞的存在提供了有力证据。咱们知道,黑洞的质量分布呈明显的“双峰结构”:一类是恒星质量黑洞,质量从几个到几十个太阳质量。
另一类是超大质量黑洞,质量从数百万到数十亿太阳质量。但介于两者之间的中等质量黑洞却极为罕见,天文学家只有零星的候选体,一直没有决定性的确认证据。
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