麻省理工学院天文学家发现18个黑洞吞噬附近的恒星

潮汐破坏事件 （TDE） 的图示。麻省理工学院研究人员使用红外数据进行的一项新研究揭示了不同星系中的18个潮汐破坏事件，扩大了我们对这些现象的理解，并解决了该领域长期存在的难题。图片来源：Carl Knox – OzGrav，斯威本科技大学ARC引力波发现卓越中心

这些探测结果是附近宇宙中已知潮汐破坏事件数量的两倍多。

星光熠熠的黑洞在天空中无处不在，只要你知道如何寻找它们。这是麻省理工学院科学家于1月29日发表在《天体物理学杂志》上的一项新研究的一条信息。

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情况。当黑洞大快朵颐时，它会在电磁波谱上释放出巨大的能量。

天文学家通过寻找光学和X射线波段的特征爆发来探测到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个恒星撕裂事件。麻省理工学院团队的新 TDE 是宇宙中已知 TDE 目录的两倍多。

红外线洞察

研究人员通过观察一个非常规波段：红外线，发现了这些以前“隐藏”的事件。除了发出光学和X射线暴外，TDE还可以产生红外辐射，特别是在“尘埃”星系中，其中中央黑洞被星系碎片笼罩。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TDE的任何迹象。在此过程中，灰尘也会升温，产生可检测的红外辐射。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此类事件的星系中挑选出更多的TDE。这18个新事件发生在散布在天空中的不同类型的星系中。

“这些来源中的大多数都没有出现在光波段中，”主要作者Megan Masterson说，他是麻省理工学院Kavli天体物理和空间研究所的研究生。“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数据，你需要看看红外波段。

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外星物理研究所。

热尖峰

该团队最近通过搜索红外观测结果，探测到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活跃的黑洞。

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巡天探测器的更新版本。这架卫星望远镜于2009年发射升空，在短暂的中断后，它继续扫描整个天空的红外“瞬变”或短暂的爆发。

该团队使用合著者Kishalay De开发的算法查看了任务的存档观察结果。该算法在红外发射中挑选出可能是瞬态红外辐射爆发迹象的模式。然后，研究小组将标记的瞬变与200兆秒差距或6亿光年内所有已知的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，研究小组分析了剩余的信号，寻找TDE特征的红外模式 – 即急剧的峰值，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。

这项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。

“如果你抬头仰望天空，看到一堆星系，TDE就会在所有星系中具有代表性地发生，”Masteron说。“这并不是说它们只发生在一种类型的星系中，因为人们认为只是基于光学和X射线搜索。

“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，我很高兴看到它们会产生什么发现。

扩大对潮汐破坏事件的理解

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，天文学家主要在一种类型的星系中看到TDE——一个“后星爆”系统，以前是一个恒星形成工厂，但后来定居下来。这种星系类型是罕见的，天文学家对为什么TDE似乎只出现在这些稀有系统中感到困惑。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检测到。

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。

这些发现还解决了一个“能量缺失”的问题。物理学家从理论上预测，TDE应该辐射出比实际观察到的能量更多的能量。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发生在尘土飞扬的星系中，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项新发现也有助于天文学家估计TDE在给定星系中发生的速率。当他们将新的TDE与以前的探测结果结合起来时，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。

“人们为这些难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难题的地步，”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。我们能更好地理解恒星如何被黑洞撕裂和吞噬的机制。我们对这些系统有了更好的了解。