天文學家發現一顆恆星被黑洞吞噬後活了下來

當一個黑洞從太空中吞下大量的物質時, 它們會散發出巨大的X射線耀斑,這些耀斑是由於物質被吸向黑洞而加熱到強烈溫度所產生的,因此我們可以從地球上探測到它們。這是正常的黑洞行為,但不正常的是那些X射線耀斑會像時鐘一樣規律性的噴出,去年,天文學家發現了這令人困惑的行為,它發生在離我們2.5億光年遠星系中心的一個超質量黑洞中,它每隔9小時就會發出X射線耀斑。經過仔細的研究,英國萊斯特大學的天文學家Andrew King認為他找到了原因,那就是一顆死恆星經過黑洞,困在它周圍長達9小時的橢圓軌道上,每次近距離經過,黑洞都會吸收更多恆星的物質。

King表示:「這顆白矮星被鎖定在一個接近黑洞的橢圓軌道上,每9小時繞一圈。在它最接近的點,黑洞事件視界半徑的15倍時,恆星中的氣體會被拉出,進入黑洞周圍的吸積盤中,釋放出X射線,也就是這兩個探測器所探測到的。」

這黑洞是一個名為GSN 069星系的核心,以超質量黑洞而言,它非常輕,只有太陽質量的40萬倍。 即便如此,它仍然是活躍的,被一團堆積的吸積物質包圍著,被黑洞吞食並使它變大。根據King的模型,黑洞在做它日常的吸積活動時,一顆紅巨星(類太陽恆星的最終進化階段)恰好靠得太近。 黑洞迅速剝離了恆星的外層,加速了它演變成白矮星,死去的核心在恆星耗盡核燃料後仍然存在(白矮星會以殘留的熱量發光,而不是靠活恆星的核融合過程)。

不過,白矮星沒有繼續演化,而是被黑洞捕獲在周圍的軌道上,並繼續被黑洞進食。根據X射線耀斑的大小,以及我們對黑洞質量轉移產生的耀斑,以及恆星軌道的了解,King能夠約束恆星的質量。 他計算出白矮星的質量約為太陽質量的0.21倍。這是白矮星相當標準的質量,而且,如果我們假設恆星是白矮星,那麼根據對其他白矮星和恆星演化的理解,我們還可以推斷出恆星富含氦,而且很早以前就用完了氫。

King表示:「令人驚奇的是,我們竟然可以推斷出2.5億光年遠小恆星的軌道、質量和組成。」

根據這些參數,他還預測到恆星的軌道會輕微擺動,就像陀螺的旋轉速度降低一樣。 這種擺動應該每兩天左右重複一次,如果我們觀察系統夠久的時間,我們甚至可以偵測到它。這可能是黑洞隨著時間而越來越大的一種機制, 不過,我們需要研究更多這樣的系統來確認它,而且它們可能不容易偵測。因為,GSN 069的黑洞質量較小,這表示恆星可以在更近的軌道上運行。 為了在更大的黑洞中生存,一顆恆星必須位於更大的軌道上,這表示進食中的任何週期性都會更容易被錯過。 如果恆星離得太近,黑洞將會摧毀它。

不過,它已經被確定的事實提供了希望,指向它不是宇宙中唯一這樣的系統。King表示:「從天文學的角度來看,我們目前的望遠鏡能在短短的時間(大約2000年)內看到這樣的事件,因此除非我們非常幸運地捕捉了這事件,否則我們在宇宙中的其他地方可能還會錯過更多的事件。」

至於那顆恆星的未來,如果沒有其他改變的話,它將保持在現在的位置,繞著黑洞運行,並繼續緩慢地被吞噬數十億年。 這將導致它的體積變大,密度變小(白矮星僅比地球大一點)直到它下降到行星的質量,甚至可能最終變成氣態巨行星。

King表示:「它將努力逃脫,但逃脫是不可能的,黑洞會越來越慢地吞噬它,而永遠不會停止。」

參考資料: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

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