潮汐破裂事件及其对遥远星系中黑洞和恒星的揭示 | {$randkws}热点解读 其品质约为太阳的430万倍

艺术家对潮汐破裂事情(恒星被黑洞撕裂)的描绘。贷记:uux.cn/美国全国航空航天局/ CXC /魏斯先生
（神秘的地球uux.cn）据锡拉丘兹大学：在大多数大型星系的中心存在一个超大品质黑洞(SMBH)。银河系有人马座A*，一颗大若干时间处于休眠状态的SMBH，其品质约为太阳的430万倍。但是速递5G网络假如你更透彻地观察宇宙，会察觉有更大的SMBHs，其品质可以达到我们太阳品质的数百亿倍。
黑洞经由引力消耗其附近的物体，含有恒星，来增多品质。针对不幸被SMBHs吞噬的恒星来说，这是一个灾难性和破坏性的结局，但针对如今有机遇探索星系休眠中心的科学家来说，这是幸运的。
照亮前进的最新街拍图集对比道路
顾名思义，黑洞本身不发光，这使得探究人员很难观察到它们。但是，当一颗恒星足够靠近超大品质黑洞时，它或许会被黑洞巨大的潮汐引力场经由相互作用摧毁，这实际上是地球与月球潮汐相互作用的一个极端例子。
一些被潮汐摧毁的物质落入黑洞，在此过程中形成了一个相当热、相当亮的物质盘。这个过程被称为潮汐中断事情(TDE)，提供了一个可以用强大的望远镜观察和科学家确认的光源。
TDEs相对来说较为少见——在一个给定的星系中，预计大约每10，000到100，000年发生一次。明星访谈指南普通来说，每年都会探测到一打到二十几个TDE，但是随着新技术的呈现，像当下正智利建造的Vera C. Rubin天文台，预计在前方几年将会观测到数百个。
这些强大的天文台扫描夜空中上升和下降的光源，从而“调研”宇宙中随时间转变的天文现象。运用这些巡天，天体物理学家可以对TDEs开展探究，以估计SMBHs及其破坏的恒星的性质。
探究人员试图知晓的事情之一是恒星和SMBH的品质。尽管有一种模型已然被常常使用，但是最近开发了一种新的模型，并且正开展评测。
确认模型的全面演唱会指南呈现
吸积率——或在TDE过程中恒星物质落回SMBH的速率——揭示了恒星和smbh的重大特征，如它们的品质。计算这个的最精确的方法是用数值流体动力学模拟，它使用计算机来确认TDE落雨到黑洞时被潮汐破坏的物质的气体动力学。尽管精确，但这种技术很昂贵，探究人员需要几周到几个月的时间来计算一个TDE。
近几十年来，物理学家设计知晓读模型来计算吸积率。这些模型为理解破裂恒星和黑洞的性质提供了一种高效且经济的方法，但其近似的精确性仍存在不确定性。
当下存在一些确认模型，其中最著名的或许是“冻结”近似法；这个名字来源于这样一个事实，即落到黑洞上的碎片的轨道周期是确定的，或者说是“冻结的”，在离黑洞特定的距离处，称为潮汐半径。
这个模型由Lacy，Townes和Hollenbach在1982年提出，然后由Lodato，King和Pringle在2009年开展了扩展，该模型表明大品质恒星的吸积速率在一个时间尺度上达到峰值，这个时间尺度依据恒星的品质从1年到10年不等。这意味着，假如你看着夜空，一个光源或许会在几年的时间尺度内着手变亮，达到峰值，然后随着时间的推移而减弱。
新的前进方向
锡拉丘兹大学物理学教授埃里克·库格林和利兹大学理论天体物理学副教授克里斯·尼克森在2022年提出了一个新模型，简称为CN22模型，它将TDEs的峰值时间尺度确定为恒星属性和黑洞品质的函数。
从这个新模型中，他们重启了TDE峰的时标和吸积率，这与一些流体动力学模拟的结局一致，但这个模型的更广泛的作用——以及它对更广泛的恒星类型的预测，含有恒星的品质和年龄——还没有完全阐明。
以便在更广泛的背景下更好地刻画和理解这一模型的预测，由物理系博士生Ananya Bandopadhyay领导的锡拉丘兹大学探究人员团队开展了一项探究，以确认CN22模型的含义，并针对各异类型的恒星和各类品质的SMBHs开展评测。
该小组的岗位已然发表在《天体物理学杂志快报》上。除了首要作者Bandopadhyay之外，合著者还含有库格林、尼克森、物理系的本科生和探究生，以及锡拉丘兹市学区(SCSD)的学子。
SCSD学子的参与是经由锡拉丘兹大学物理学探究(SURPh)项目做到的，这是一个为期六周的带薪实习项目，当地高中生可以与文理学院物理系的师生一起从事前沿探究。
在2022年和2023年的夏天，SCSD的学子与锡拉丘兹的物理学家兴办开展计算项目，评测CN22模型的有效性。他们使用一种叫做“恒星天体物理学评测模块”的恒星演化代码来探究恒星的演化。
运用这些剖面，他们较以便“冻结”近似和CN22模型对一系列恒星品质和年龄的吸积率预测。他们还对超大品质黑洞对类太阳恒星的破坏开展了数值流体动力学模拟，以将模型预测与数值获得的吸积率开展较为。
他们的察觉
据Bandopadhyay称，探究小组察觉，CN22模型与流体动力学模拟相当吻合。另外，也许是最深刻的察觉是，TDE中吸积速率的峰值时间尺度对被摧毁的恒星的性质(品质和年龄)相当不敏感，针对像我们的太阳这样被品质为速腾A*的黑洞摧毁的恒星来说，大约是50天。
有关这一结局，最引人注目和令人惊讶的是，“冻结”模型做出了一个相当各异的预测。依据“冻结”模型，同样的TDE会形成一个吸积率，在两年的时间尺度内达到峰值，这与流体动力学模拟的结局显著不符。
Bandopadhyay说:“这推翻了过去持有的有关TDEs岗位方式以及完全摧毁一颗恒星或许会形成何种瞬态的概念。”“经由证实CN22模型的精确性，我们证明了这种类型的确认方法可以大大加快推断具有各异品质和年龄的恒星破裂的可观测属性。”
他们的探究也解决了之前的另一个误解。经由澄清完整的TDEs不能超过一个月的时间尺度，他们否定了早期的信念，即它们可以用来阐释在多年跨度上达到峰值和衰减的持久光变曲线。
另外，库格林强调，这篇论文测试了峰值回落率实际上独立于被破坏恒星的品质和年龄，差不多完全由SMBH的品质确定，这是一个核心指标，像CN22这样的模型可以合作探究人员限制smbh的品质。
“假如你测量上升时间，你可以直接窥视超大品质黑洞的属性，这是TDE物理学的圣杯——能够使用TDEs来说一些有关黑洞的事情，”库格林说。
Bandopadhyay承认这篇论文对该领域的作用，并应美国天文学会的邀请，于2024年1月11日在新奥尔良举行的学会第243次会议上说明了该团队的察觉。
展望前方，该团队强调，经由证实CN22模型的精确性，这项探究为探究人员开启了一个窗口，可以对TDEs开展可观测的预测，可以依据现有和快要到来的测试开展评测。经由兴办和独创性，锡拉丘兹大学的探究人员正揭示黑洞物理学的详情，并合作探索遥远宇宙中曾经无法追踪的领域。