本报讯 近日,中国科大薛永泉教授领衔的一个国际研究团队发现了一例非常罕见的、迄今最为暗弱、具有极端光变的源自超大质量双黑洞的X射线潮汐撕裂恒星事件候选体,相关研究成果发表在期刊《创新》上。
随着时域天文的不断发展,潮汐撕裂恒星事件越来越受到关注。钱德拉南天深场是迄今为止曝光时间最长(约七百万秒),从而最深、最灵敏的X射线巡天。研究团队在钱德拉南天深场中发现了一例光变非常有趣的X射线暂现源(即突然变亮从而被探测到、随后变暗直至无法探测的天体;被取名为XID 935),其所有的X射线观测时间跨度接近20年。和光学图像对比,XID 935的位置位于其宿主星系(距离我们约42亿光年)中心,表明它很有可能和中心的超大质量黑洞有关,但通过研究其光谱发现,它并没有活动星系核的光谱特征。另外一种可能是,它是作为前景的银河系内的X射线双星,只不过偶然在我们的视线上与远处的星系中心重合,但通过计算可以发现,X射线双星发生这种事件的概率微乎其微。于是,XID 935最合理的解释就是潮汐撕裂恒星事件,因为别的暂现源图像都无法与观测相符。并且它是所有已知X射线潮汐撕裂恒星事件中最为暗弱的一例,要不是钱德拉南天深场具有极高的灵敏度,它根本就不会被探测到。通常来说,潮汐撕裂恒星事件的光度在达到峰值后会呈现单调幂律下降的趋势。XID 935的光变之所以有趣,是因为它的光度在整体下降(近20年间变暗超过40倍直至无法探测到)的过程中,还出现了突然变暗又变亮(两个月内变亮超过27倍)的情况,预示着这可能是一例发生在超大质量双黑洞系统中的潮汐撕裂恒星事件——这样的事件非常罕见,之前仅有两例候选体,但它们的数据质量都远不如XID 935,且距离我们都要近得多。与普通的单黑洞潮汐撕裂恒星事件不同,当一颗恒星被主黑洞撕裂,恒星残骸流可能会被次黑洞干扰,导致无法正常回落到主黑洞,物质供给的中断导致光度骤然下降;当次黑洞远离后,恒星残骸流又能正常回落到主黑洞,于是主黑洞继续吸积残骸从而恢复光度(如图所示)。
超大质量双黑洞潮汐撕裂恒星事件模型拟合XID 935的光变曲线
XID 935长约20年的X射线观测数据(所有X射线望远镜的观测总时长接近一千万秒,达到前所未有的深度)及其快速、极端的光度变化,为今后潮汐撕裂恒星事件理论模型与数值模拟的深入、定量研究提供了一个重要的观测基础与试金石。随着时域天文的发展,潮汐撕裂恒星事件的探测数量将会不断扩大,具有统计学意义的潮汐撕裂恒星事件大样本研究将有助于我们深刻理解这种天文现象,从而加深对黑洞物理与吸积物理的理解。
论文第一作者为中国科学技术大学博士研究生黄梦秋,通讯作者为中国科学技术大学薛永泉教授与中国科学院国家天文台李硕助理研究员。
(物理学院 科研部)