潮汐撕裂恒星事件是進(jìn)行黑洞質(zhì)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(shí)域天文的重要研究方向之一。近二十年來(lái)，潮汐撕裂恒星事件的觀(guān)測(cè)研究已取得斐然進(jìn)展，但是仍亟待大規(guī)模的觀(guān)測(cè)發(fā)現(xiàn)以及后續(xù)的系統(tǒng)深入研究。近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)薛永泉教授領(lǐng)銜的一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一例非常罕見(jiàn)的、迄今最為暗弱、具有極端光變的源自超大質(zhì)量雙黑洞的X射線(xiàn)潮汐撕裂恒星事件候選體，相關(guān)成果以“The Faintest, Extremely Variable X-ray Tidal Disruption Event from a Supermassive Black Hole Binary?”為題發(fā)表在國(guó)際綜合期刊《The Innovation》上。
圖1 超大質(zhì)量雙黑洞潮汐撕裂恒星事件示意圖
當(dāng)一顆恒星無(wú)意游走侵入黑洞統(tǒng)治的領(lǐng)域時(shí)，宇宙中最強(qiáng)引力場(chǎng)的威壓將導(dǎo)致其逐漸變橢。倘若這顆恒星步子邁得太大，跨過(guò)了潮汐半徑，由于其自身的引力已無(wú)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(huì)被黑洞吸積并釋放電磁波，從而被我們地球上的望遠(yuǎn)鏡探測(cè)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(jì)70年代。那個(gè)時(shí)候，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)有些星系的中心異常明亮，也就是后來(lái)被稱(chēng)為活動(dòng)星系核的天體。天文學(xué)家逐漸認(rèn)識(shí)到，星系中心往往存在一個(gè)超大質(zhì)量黑洞（質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的一百萬(wàn)倍以上），其周?chē)嬖诘奈e盤(pán)將被吸積物質(zhì)的引力勢(shì)能高效地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、輻射能，從而達(dá)到如此不可思議的光度。但仍有一個(gè)問(wèn)題，需要有源源不斷的物質(zhì)供給才能維持這樣高的光度，也就是活動(dòng)星系核的物質(zhì)供給從哪里來(lái)？潮汐撕裂恒星事件當(dāng)時(shí)作為一種可能的解釋被提了出來(lái)，即，黑洞通過(guò)不斷撕裂恒星來(lái)維持物質(zhì)的供給；另一種可能的解釋是，黑洞從宿主星系那里獲得了源源不斷的氣體。通過(guò)理論計(jì)算，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)潮汐撕裂恒星事件的事件發(fā)生率過(guò)低，沒(méi)有那么多倒霉的恒星來(lái)給黑洞送燃料。于是，潮汐撕裂恒星事件在這場(chǎng)關(guān)于活動(dòng)星系核能量來(lái)源之爭(zhēng)中敗下陣來(lái)，但其讓黑洞“短暫變亮”的特性，卻成為了研究寧?kù)o黑洞珍貴的探針。近年來(lái)，隨著時(shí)域天文的不斷發(fā)展，潮汐撕裂恒星事件越來(lái)越受到關(guān)注。
錢(qián)德拉南天深場(chǎng)是迄今為止曝光時(shí)間最長(zhǎng)（約七百萬(wàn)秒）從而最深、最靈敏的X射線(xiàn)巡天。研究團(tuán)隊(duì)在錢(qián)德拉南天深場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)了一例光變非常有趣的X射線(xiàn)暫現(xiàn)源（即突然變亮從而被探測(cè)到、隨后變暗直至無(wú)法探測(cè)的天體；取名為XID 935），其所有的X射線(xiàn)觀(guān)測(cè)時(shí)間跨度接近20年。和光學(xué)圖像對(duì)比，XID 935的位置位于其宿主星系（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(zhì)量黑洞有關(guān)，但通過(guò)研究其光譜發(fā)現(xiàn)，它并沒(méi)有活動(dòng)星系核的光譜特征。另外一種可能是，它是作為前景的銀河系內(nèi)的X射線(xiàn)雙星，只不過(guò)偶然在我們的視線(xiàn)上與遠(yuǎn)處的星系中心重合，但通過(guò)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，X射線(xiàn)雙星發(fā)生這種事件的概率微乎其微。于是，XID 935最合理的解釋就是潮汐撕裂恒星事件，因?yàn)閯e的暫現(xiàn)源圖像都無(wú)法與觀(guān)測(cè)相符；并且，它是所有已知X射線(xiàn)潮汐撕裂恒星事件中最為暗弱的一例，要不是錢(qián)德拉南天深場(chǎng)具有極高的靈敏度，它根本就不會(huì)被探測(cè)到。通常來(lái)說(shuō)，潮汐撕裂恒星事件的光度在達(dá)到峰值后會(huì)呈現(xiàn)單調(diào)冪律下降的趨勢(shì)。XID 935的光變之所以有趣，是因?yàn)樗墓舛仍谡w下降（近20年間變暗超過(guò)40倍直至無(wú)法探測(cè)到）的過(guò)程中，還出現(xiàn)了突然變暗又變亮（兩個(gè)月內(nèi)變亮超過(guò)27倍）的情況，預(yù)示著這可能是一例發(fā)生在超大質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)中的潮汐撕裂恒星事件——這樣的事件非常罕見(jiàn)，之前僅有兩例候選體，但它們的數(shù)據(jù)質(zhì)量都遠(yuǎn)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(dāng)一顆恒星被主黑洞撕裂，恒星殘骸流可能會(huì)被次黑洞干擾，導(dǎo)致無(wú)法正?；芈涞街骱诙矗镔|(zhì)供給的中斷導(dǎo)致光度驟然下降；當(dāng)次黑洞遠(yuǎn)離后，恒星殘骸流又能正?；芈涞街骱诙矗谑侵骱诙蠢^續(xù)吸積殘骸從而恢復(fù)光度（見(jiàn)圖1與圖2）。
圖2 超大質(zhì)量雙黑洞潮汐撕裂恒星事件模型擬合XID 935的光變曲線(xiàn)
XID 935長(zhǎng)約20年的X射線(xiàn)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)（所有X射線(xiàn)望遠(yuǎn)鏡的觀(guān)測(cè)總時(shí)長(zhǎng)接近一千萬(wàn)秒，達(dá)到前所未有的深度）及其快速、極端的光度變化，為今后潮汐撕裂恒星事件理論模型與數(shù)值模擬的深入、定量研究提供了一個(gè)重要的觀(guān)測(cè)基礎(chǔ)與試金石。隨著時(shí)域天文的發(fā)展，潮汐撕裂恒星事件的探測(cè)數(shù)量將會(huì)不斷擴(kuò)大，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的潮汐撕裂恒星事件大樣本研究將有助于我們深刻理解這種天文現(xiàn)象，從而加深對(duì)黑洞物理與吸積物理的理解。
論文第一作者為中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生黃夢(mèng)秋，通訊作者為中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)薛永泉教授與中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)李碩助理研究員，其余合作者來(lái)自北京大學(xué)、香港大學(xué)、中山大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、智利天主教大學(xué)、博洛尼亞大學(xué)、密歇根大學(xué)、南京大學(xué)、拉德堡德大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)、華中科技大學(xué)、馬普地外物理研究所、安徽師范大學(xué)、上海天文臺(tái)等單位。該項(xiàng)研究得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院等機(jī)構(gòu)的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.xinn.2025.101169
（物理學(xué)院、科研部）
