中国科大发现首例确凿黑洞重复潮汐瓦解事件

IT时代网10月19日消息，中国科学技术大学天文学系墨子巡天望远镜科学团队发现了一例具有至少五次周期性光学耀发的核区暂现源AT2023uqm，这是目前已知的第二例河外光学周期性暂现源。该天体每次耀发能量呈现近乎指数级的增长，研究人员正在目睹一颗恒星被超大质量黑洞逐步瓦解、走向终结的过程。相关成果以《一颗恒星被千刀万剐：AT2023uqm的失控周期性爆发》为题，发表在国际学术期刊《Science Bulletin》上。

潮汐瓦解恒星事件是指恒星过于靠近超大质量黑洞时被其潮汐力撕碎，部分恒星残骸被黑洞吸积并释放出剧烈辐射的过程。如果恒星未被完全瓦解，仅外层物质被剥离而核心得以保留，则称为部分潮汐瓦解恒星事件。当恒星处于一条束缚轨道上、围绕黑洞做周期性运动时，每次靠近黑洞都可能重复发生这种部分潮汐瓦解，即重复部分潮汐瓦解事件，它会产生周期性耀发，为研究黑洞瓦解恒星的物理过程提供了重要实验室，此前尚未发现确凿的候选体。

该暂现源最初由巡天系统于2023年10月发现，红移约0.238。研究团队随后在另一巡天的历史数据中追溯到三次此前未被注意到的较弱耀发，这些耀发呈现出较好的周期性，且光变曲线相似，暗示它们具有同一物理起源。第五次耀发于2025年4月如期而至，团队随即启动了涵盖光学与紫外、X射线和射电波段的多波段后随观测，并在耀发期间获取了多台望远镜的光谱数据。观测表明第五次耀发具有与典型潮汐瓦解事件相似的特征，很可能源于同一物理过程，支持整个周期性事件为黑洞重复潮汐瓦解恒星事件。

研究团队通过分析长期光变曲线发现，该暂现源的耀发周期约为527天，且每次耀发的能量比上一次增加约1.7倍。这一持续增强的趋势在观测上属首次发现，与黑洞重复潮汐瓦解小质量对流恒星或巨星包层的数值模拟结果一致。原因是对流主导的恒星在损失物质时半径会变得更大，使得黑洞在下一次瓦解过程中更容易撕裂出更多物质。此外每次耀发都呈现出相似的双峰结构，两个峰之间的间隔约为17至20天。研究团队提出了两种可能的解释：一是部分潮汐瓦解情形下天然存在的双峰质量回落率，被剥离的恒星物质在靠近黑洞时形成内外两条碎片流，先后落回黑洞周围从而产生两个辐射峰；二是恒星每绕黑洞一周发生两次碎片与吸积盘的碰撞。未来耀发强度的演化将帮助区分两种情形。

研究团队预测，如果被瓦解的是小质量恒星，最多还会有1到2次耀发；下一次耀发如果存在，根据周期将发生在2026年9月左右，团队已经提前部署并开展了观测。这一发现展示了重复部分潮汐瓦解事件在探测被瓦解恒星性质、约束潮汐瓦解物理过程方面的潜力。随着墨子巡天望远镜和薇拉·鲁宾天文台等新一代时域巡天设备投入运行，有望发现更多类似事件。

论文第一作者为中国科学技术大学天文系博士后王义博，通讯作者为王义博博士后以及王挺贵教授。合作单位包括中国科学院紫金山天文台、清华大学、中山大学、云南大学、上海交通大学等国内外科研机构。

编辑：刘宁