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恒星被超大质量黑洞的引力捕获——并幸存下来!

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恒星被超大质量黑洞的引力捕获——并幸存下来!

天文学家们可能已经发现了一种新的生存故事:一颗恒星与一个巨大的黑洞擦身而过,并通过x射线的惊叹讲述了这个故事。

来自美国国家航空航天局钱德拉x射线天文台和欧洲航天局xmm -牛顿天文台的数据揭示了这样一种说法,即一颗红巨星在离地球约2.5亿光年的星系中过于靠近一个特大质量黑洞。该黑洞位于一个名为GSN 069的星系中,其质量约为太阳质量的40万倍,是超大质量黑洞的一个小范围。

一旦红巨星被黑洞的引力捕获,这颗恒星的外层含有的氢被剥离并向黑洞倾斜,剩下的是恒星的核心。被称为白矮星在后面。

在我对x射线数据的解释中,白矮星幸存了下来,但没有逃脱。进行这项研究的英国莱斯特大学的安德鲁·金说。现在它被困在环绕黑洞的椭圆轨道上,大约每9小时绕黑洞飞行1圈。

当白矮星几乎每天运行三次轨道时,黑洞在其最接近的地方(不超过视界半径的15倍;没有回头路的地方;远离黑洞)。恒星碎屑进入黑洞周围的圆盘,释放出x射线,钱德拉和xmm -牛顿可以探测到x射线。此外,金预测,引力波将由黑洞和白矮星对发射,特别是在它们最近的点。

这颗恒星及其轨道的未来会怎样?在引力波的综合作用下,当恒星失去质量时,它的体积会增大,这将使它的轨道变得更圆,体积也会增大。在这种情况下,质量损失率稳步下降,白矮星慢慢地螺旋远离黑洞。

它会尽力逃跑,但却无处可逃。黑洞会慢慢地吞噬它,但绝不会停止。国王说。原则上讲,这种质量的损失将持续到白矮星成为一颗质量与木星相似的行星,甚至是在大约一万亿年后。这将是宇宙形成行星的一种非常缓慢和复杂的方式!

天文学家已经发现了许多被黑洞(所谓的潮汐破坏事件)完全撕裂的恒星,但是几乎没有关于恒星幸存的近距离撞击的报告。

根据宇宙交通模式的统计数据,这样的擦肩而过应该比直接碰撞更常见,但由于几个原因,它们很容易被忽略。首先,一个质量更大、存活下来的恒星需要太长时间才能完成环绕黑洞的轨道,天文学家无法看到重复的爆炸。另一个问题是,质量比GSN 069大得多的超大质量黑洞可能直接吞噬一颗恒星,而不是恒星落入轨道,周期性地失去质量。在这种情况下,天文学家不会观测到任何东西。

从天文学的角度来说,这一事件只能在我们现有的望远镜短时间内观测到。大约2000年,”;国王说。所以,除非我们非常幸运地抓住了这个机会,否则我们可能会错过更多机会。这样的碰撞可能是像GSN 069这样大的黑洞形成的主要途径之一。

金预言白矮星的质量只有太阳的十分之二。如果白矮星是红巨星的核心,它完全没有氢,那么它应该富含氦。氦可能是在红巨星演化过程中,由氢原子融合而成。

一颗2.5亿光年远的小恒星的轨道、质量和成分是可以推断出来的,想到这一点是很了不起的。国王说。

金根据他的设想做了一个预测。由于白矮星离黑洞如此之近,广义相对论的影响意味着轨道的轴线应该摆动,或者进动。这种摆动应该每两天重复一次,如果观测时间足够长,就可以探测到。

一篇描述这些结果的论文发表在《皇家天文学会月刊》2020年3月号上。美国宇航局马歇尔太空飞行中心负责管理钱德拉项目。史密森天体物理天文台的钱德拉x射线中心控制着来自马萨诸塞州剑桥和伯灵顿的科学和飞行业务。

参考:”;扣069 mdash;在米西附近的潮汐中断;安德鲁·金,2020年2月7日,皇家天文学会月报。

DOI: 10.1093 / mnrasl / slaa020

arXiv: 2002.00970

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