有史以来第一次:天文学家发现了黑洞粉碎后的光
2019年5月21日,天文學家通過激光干涉引力波天文臺(LIGO)和位于意大利的Virgo干涉儀探測到了一個與黑洞合并事件一致的引力波信號。該事件被命名為S190521g,但起初似乎并沒有產生可見光。
隨后在對加州理工學院管理、位于帕洛瑪天文臺的暫現源設備(ZTF)收集到的數據進行回顧時,研究人員發現了來自同一事件產生光的證據。
這項研究目前已發表于《物理評論快報》,其主要作者是來自加州理工學院的天文學家 Matthew Graham。
相互碰撞的中子星是恒星爆炸的超高密度殘留物,會產生各種放射光譜,包括紅外線、紫外線、可見光、x射線、伽馬射線和無線電波。
另一方面,合并后的黑洞會以引力波的形式發出可探測的輻射。黑洞的合并產生了光,一定是發生了一些非常不尋常的事情。
S190521g事件發生在銀河系中心的超大質量黑洞附近。這個黑洞被一個巨大的圓盤包圍著,里面充滿了各種各樣的物質,包括氣體、塵埃、小行星到恒星、中子星和小型黑洞。
該研究的合著者、來自紐約城市大學(CUNY)的天文學家K. E. Saavik Ford解釋道:“這些物體就像蜜蜂,簇擁在中心的蜂王周圍。它們可以短暫地找到引力伴侶并配對,但通常很快就會因為動作太瘋狂而失去它們的伴侶。但在超大質量黑洞的吸積盤中,流動的氣體將蜂群的狂舞變成了經典的小步舞曲,將黑洞組織起來,使它們能夠進行配對。”
在S190521g的例子中,新合并的黑洞被傾斜地發射出去,在一個被稱為“kick”的天體物理事件中,這次撞擊導致黑洞以驚人的速度穿過吸積盤,與周圍氣體發生反應,產生了一個異常明亮且相對持久的耀斑。
Graham表示:“在這次突然的耀斑爆發事件之前,這個超大質量的黑洞多年來一直發出咕嚕咕嚕的聲響。耀斑發生在正確的時間尺度和正確的位置上,與引力波事件一致。在這項研究中,我們得出結論,耀斑很可能是黑洞合并的結果,當然我們也不能完全排除其它的可能性。”
其它的可能性還包括了超新星爆炸,或是黑洞撕裂恒星產生的潮汐破壞事件。
根據對過去15年收集的數據的回顧,耀斑事件的時間、持續時間、大小和位置均并不是超大質量黑洞附及其周圍吸積盤內的典型事件。
此外,正如先前預測的那樣,耀斑只會在黑洞合并后的幾天或幾周內出現。就像S190521g事件觀測到的,在科學家探測到引力波事件的幾天后,耀斑出現了。
有趣的是,在一個月的時間里,耀斑慢慢消失了。
這次事件并沒有檢測到光信號,所以要么這些碰撞不會產生光,要么這兩個物體不在一個有利于產生光的環境中。
另一種可能是,這次碰撞確實產生了耀斑,只是科學家們還沒有記錄到。
值得期待的是,多個觀測站均對這次碰撞做了記錄,因此日后有可能會發現更多線索。
圖自R. Hurt/Caltech/Infrared Processing & Analysis Center
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總結
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