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潮汐瓦解事件

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潮汐瓦解事件（TDE，tidal disruption event）是一种天文现象，当恒星接近超大质量黑洞（SMBH）并被黑洞的潮汐力拉离时，发生与经历意大利面化[1][2]。恒星的一部分质量会被捕获到黑洞周围的吸积盘中，当吸积盘中的物质被黑洞吞噬时，会产生暂时的电磁辐射耀斑。根据早期的论文，潮汐瓦解事件应该是隐藏在星系核中的大质量黑洞活动的必然结果，而后来的理论家们得出结论，恒星碎片积累所产生的爆炸或辐射耀斑可能是正常星系中心存在休眠黑洞的独特迹象[3]。有时恒星可以在与SMBH相遇后幸存下来，并形成残骸；这些事件称为部分TDE[4]。

历史

物理学家约翰·惠勒提出，旋转黑洞动圈中的恒星破裂可能会通过所谓的"牙膏管效应"，将释放的气体加速至相对论速度[5]。惠勒成功地将经典牛顿潮汐瓦解问题的相对论推广，应用于史瓦西度规或克尔黑洞附近。然而，这些早期的工作限制了他们对不可压缩恒星模型和/或轻微穿透洛希半径恒星的关注，在这种情况下，潮汐振幅较小。

在1976年，剑桥天文研究所的天文学家朱汉·弗兰克（Juhan Frank）和马丁·里斯探索了星系中心和球状星团存在黑洞的可能性，确定了恒星被黑洞扰动和吞噬的临界半径，这表明在某些星系中观察这些事件是可能的[6]。但当时，英国研究人员没有提出任何精确的模型或模拟。

20世纪80年代初，这一推测性预测和缺乏理论工具引起了巴黎天文台让-皮埃尔·卢米内（英语：Jean-Pierre Luminet）和布兰登·卡特的好奇，他们发明了TDE的概念。他们的第一批作品于1982年发表在《自然》杂志上[7]，和在1983年的天文学和天体物理学[8]。作者基于"恒星煎饼爆发"模型，利用卢米内（Luminet）运算式描述了活跃星系核（AGNs）心脏的潮汐扰动，该模型描述了超大质量黑洞产生的潮汐场， 以及他们称之为“煎饼爆炸”的效果，以限定由这些干扰导致的辐射爆发。后来，在1986年，卢米内和卡特在《天体学报增补》杂志上发表了一篇分析文章，内容涵盖了TDE的所有案例，而不仅仅是10%的"意大利面"和其它"煎饼"[9]。

仅仅十年后，即1990年，通过DLR/NASA伦琴卫星的"全天候"X射线调查，发现了第一批符合TDE标准的候选者[10]。自那时以来，已经发现了十几个候选者，其中包括紫外线或可见光中更为活跃的来源，但原因仍然很神秘。

发现

最后，卢米内和卡特的理论得到了观测结果的证实。观测结果显示，位于AGN中心（如NGC 5128或NGC 4438）以及银河系中心（人马座A*）的一个巨大物体吸积恒星碎片，从而引发壮观的喷发。TDE理论甚至解释了以代号ASASSN-15lh更为人所知的超亮超新星SN 2015L，是一颗被大质量黑洞事件视界吸收之前爆炸的超新星。

目前，所有已知的TDE和TDE候选者都已列入由哈佛大学CfA管理"开放TDE目录" [11]，自1999年以来已登录了91个条目。

新的观察结果

2016年9月，中国安徽合肥中国科学技术大学的一个团队宣布，利用NASA的广域红外线巡天探测卫星的数据，在一个已知黑洞观测到恒恒星潮汐瓦解事件。位于美国马里兰州巴尔的摩的约翰霍普金斯大学的另一个团队检测到了另外三个事件。在每一个情况下，天文学家都假设濒临瓦解的恒星产生的天体物理喷流会发出紫外线和X射线辐射，这些辐射会被黑洞周围的尘埃吸收，并以红外线辐射的形式发出。不仅探测到了这种红外辐射，他们还得出结论，喷流的紫外线和X射线辐射发射与尘埃的红外辐射发射之间的延迟可以用来估计吞噬恒星的黑洞大小[12][13]。

2019年9月，使用TESS卫星的科学家宣布，他们在3.75亿光年外目睹了一次名为ASASSN-19bt的潮汐瓦解事件[14][15]。

2020年7月，天文学家报告了与ASASSN-20hx相关的"硬潮汐瓦解事件候选者"的观测，该事件位于星系NGC 6297的核心附近，并指出该观测代表了"极少数具有硬功率定律X射线光谱的潮汐瓦解事件之一"[16][17]。

潮汐瓦解半径

潮汐瓦解半径是质量黑洞潮汐瓦解半径为R^*和质量为M^*的接近恒星的距离，近似如下：

通常黑洞的潮汐瓦解半径大于它的史瓦西半径，但考虑到恒星的半径和质量固定，黑洞有一个质量，当两个半径相等，这意味着在这一点上，恒星在被撕裂之前就会消失[18][19]。

相关条目

参考资料

  1. ^ Astronomers See a Massive Black Hole Tear a Star Apart. Universe today. 28 January 2015 [1 February 2015]. （原始内容存档于2015-02-01）. 
  2. ^ Tidal Disruption of a Star By a Massive Black Hole. [1 February 2015]. （原始内容存档于2016-06-02）. 
  3. ^ Gezari, Suvi. Tidal Disruption Events. Brazilian Journal of Physics. 11 June 2013, 43 (5–6): 351–355. Bibcode:2013BrJPh..43..351G. S2CID 122336157. doi:10.1007/s13538-013-0136-z. 
  4. ^ Guillochon, James; Ramirez-Ruiz, Enrico. Hydrodynamical Simulations to Determine the Feeding Rate of Black Holes by the Tidal Disruption of Stars: The Importance of the Impact Parameter and Stellar Structure. The Astrophysical Journal. 2013-04-10, 767 (1): 25 [2022-09-28]. Bibcode:2013ApJ...767...25G. ISSN 0004-637X. S2CID 118900779. arXiv:1206.2350 可免费查阅. doi:10.1088/0004-637X/767/1/25. （原始内容存档于2022-10-01）. 
  5. ^ Wheeler J.A. Mechanisms for jets (PDF). Pontificae Academiae Scientarum Scripta Varia. 1971, 35: 539–582 [2022-09-28]. （原始内容存档 (PDF)于2022-02-02）. 
  6. ^ Frank, J.; Rees, M. J. Effects of massive black holes on dense stellar systems. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 1976, 176 (3): 633–647. Bibcode:1976MNRAS.176..633F. doi:10.1093/mnras/176.3.633 可免费查阅. 
  7. ^ Carter, B.; Luminet, J.-P. Pancake detonation of stars by black holes in galactic nuclei. Nature. 1982, 296 (5854): 211–214. Bibcode:1982Natur.296..211C. S2CID 4316597. doi:10.1038/296211a0. 
  8. ^ Carter, B.; Luminet, J.-P. Tidal compression of a star by a large black hole. I Mechanical evolution and nuclear energy release by proton capture. Astronomy and Astrophysics. 1983, 121 (1): 97. Bibcode:1983A&A...121...97C. 
  9. ^ Luminet, J.-.P; Carter, B. Dynamics of an Affine Star Model in a Black Hole Tidal Field. The Astrophysical Journal Supplement Series. 1986, 61: 219. Bibcode:1986ApJS...61..219L. doi:10.1086/191113. 
  10. ^ The ROSAT All Sky Survey. [2022-09-28]. （原始内容存档于2020-08-09）. 
  11. ^ 存档副本. [2022-09-28]. （原始内容存档于2019-01-23）. 
  12. ^ van Velzen, Sjoert; Mendez, Alexander J.; Krolik, Julian H.; Gorjian, Varoujan. Discovery of transient infrared emission from dust heated by stellar tidal disruption flares. The Astrophysical Journal. 15 September 2016, 829 (1): 19. Bibcode:2016ApJ...829...19V. S2CID 119106558. arXiv:1605.04304 可免费查阅. doi:10.3847/0004-637X/829/1/19 
  13. ^ Jiang, Ning; Dou, Liming; Wang, Tinggui; Yang, Chenwei; Lyu, Jianwei; Zhou, Hongyan. The WISE Detection of an Infrared Echo in Tidal Disruption Event ASASSN-14li. The Astrophysical Journal Letters. 1 September 2016, 828 (1): L14. Bibcode:2016ApJ...828L..14J. S2CID 119159417. arXiv:1605.04640 可免费查阅. doi:10.3847/2041-8205/828/1/L14. 
  14. ^ Holoien, Thomas W.-S.; Vallely, Patrick J.; Auchettl, Katie; Stanek, K. Z.; Kochanek, Christopher S.; French, K. Decker; Prieto, Jose L.; Shappee, Benjamin J.; Brown, Jonathan S.; Fausnaugh, Michael M.; Dong, Subo; Thompson, Todd A.; Bose, Subhash; Neustadt, Jack M. M.; Cacella, P.; Brimacombe, J.; Kendurkar, Malhar R.; Beaton, Rachael L.; Boutsia, Konstantina; Chomiuk, Laura; Connor, Thomas; Morrell, Nidia; Newman, Andrew B.; Rudie, Gwen C.; Shishkovsky, Laura; Strader, Jay. Discovery and Early Evolution of ASASSN-19bt, the First TDE Detected by TESS. The Astrophysical Journal. 2019, 883 (2): 111. Bibcode:2019arXiv190409293H. S2CID 128307681. arXiv:1904.09293 可免费查阅. doi:10.3847/1538-4357/ab3c66. 
  15. ^ Garner, Rob. TESS Spots Its 1st Star-shredding Black Hole. NASA. 2019-09-25 [2019-09-28]. （原始内容存档于2022-10-05）. 
  16. ^ Lin, Dacheng. ATel #13895: ASASSN-20hx is a Hard Tidal Disruption Event Candidate. The Astronomer's Telegram. 25 July 2020 [25 July 2020]. （原始内容存档于2022-10-01）. 
  17. ^ Hinkle, J.T.; et al. Atel #13893: Classification of ASASSN-20hx as a Tidal Disruption Event Candidate. The Astronomer's Telegram. 24 July 2020 [24 July 2020]. （原始内容存档于2022-10-01）. 
  18. ^ Gezari, Suvi. The tidal disruption of stars by supermassive black holes. Physics Today. 2014, 67 (5): 37–42 [2022-09-28]. Bibcode:2014PhT....67e..37G. ISSN 0031-9228. doi:10.1063/PT.3.2382. （原始内容存档于2022-10-01） （英语）. 
  19. ^ Rees, Martin J. Tidal disruption of stars by black holes of 106–108 solar masses in nearby galaxies. Nature. 1988, 333 (6173): 523–528 [2022-09-28]. Bibcode:1988Natur.333..523R. ISSN 1476-4687. S2CID 4331660. doi:10.1038/333523a0. （原始内容存档于2022-11-03） （英语）. 

外部链接

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