天文学家发现一个中等质量的黑洞摧毁了一颗距离太近的恒星

超大质量黑洞 (SMBH) 位于银河系等星系的中心。它们的质量令人难以置信，从 100 万到 100 亿个太阳质量不等。它们较小的同类中等质量黑洞 (IMBH) 的质量在 100 到 100,000 个太阳质量之间，更难找到。

天文学家发现一个中等质量的黑洞摧毁了一颗距离太近的恒星。他们从察看中学到了很多东西，并希望找到更多这样的黑洞。察看更多它们可能会招致了解 SMBH 是如何变得如此庞大的。

当恒星离强大的黑洞太近时，潮汐破坏事情 (TDE) 就会发作。这颗恒星被撕裂，它的组成物质被吸入黑洞，在那里它被黑洞吸积盘捕获。该事情释放出庞大的能量，在数月以至数年内比银河系中的一切恒星都要亮。

这就是 TDE 3XMM J215022.4-055108 发作的状况，它更容易被称为 TDE J2150。天文学家之所以能够发现难以捉摸的 IMBH，是由于恒星被撕裂时的火热气体发出的 X 射线爆发。J2150 位于宝瓶座方向，距离地球约 7.4 亿光年。往常，一组研讨人员应用对悠远 J2150 的观测和现有的科学模型来了解有关 IMBH 的更多信息。

IMBH 难以捉摸且难以研讨。天文学家在银河系和左近的星系中发现了其中的几个。大多数状况下，它们被发现是由于它们的低亮度活动星系核。2019 年，LIGO 和 Virgo 引力波天文台发现了两个 IMBH 兼并产生的引力波。就目前而言，只需 305 个 IMBH 候选者的目录，固然科学家以为它们可能在银河系中心很常见。

看到它们的问题之一是它们自身的质量低。固然能够经过察看它们的质量如何影响左近恒星的恒星动力学来找到 SMBH，但 IMBH 通常太小而无法做到这一点。它们的引力缺乏以改动左近恒星的轨道。

亚利桑那大学天文学教授、论文合著者安·扎布鲁多夫 (Ann Zabludoff) 说：“我们能够在它吞噬一颗恒星时捕获到这个黑洞，这为察看原本不可见的东西提供了绝佳的机遇。” “不只如此，经过剖析耀斑，我们能够更好天文解这种难以捉摸的黑洞类别，它很可能占星系中心黑洞的大部分。”

正是 X 射线的爆发使这一事情可见。该团队将察看到的 X 射线与模型中止了比较，并能够确认 IMBH 的存在。“死星碎片构成的内盘发出的 X 射线使我们有可能推断出这个黑洞的质量和自旋，并将其归类为中间黑洞，”主要作者温说。

这是第一次观测足够细致，能够运用 TDE 耀斑来确认 IMBH 的存在。这很重要，由于固然我们知道 SMBH 位于银河系和更大的星系的中心，但我们对较小星系及其 IMBH 的了解要有限得多。他们真的很难看到。

“我们对比银河系还小的星系中心能否存在黑洞知之甚少，”共同作者、荷兰拉德堡德大学和 SRON 荷兰空间研讨所的 Peter Jonker 说。“由于观测限制，发现远小于 100 万个太阳质量的中心黑洞具有应战性。”

盘绕 IMBH 的谜团也成为盘绕 SMBH 的谜团。我们能够在大型星系的中心看到 SMBH，但我们不知道它们究竟是如何变得如此庞大的。他们阅历过兼并吗？或许。经过物质的吸积？或许。天体物理学家大多同意这两种机制都可能起作用。

另一个问题盘绕 SMBH“种子”。种子可能是数十或数百个太阳质量的 IMBH。IMBH 自身可能是从恒星质量的黑洞经过物质吸积长大为 IMBH 的。另一种可能性是，在真正的恒星呈现之前很久，就有大量气体云坍缩成准恒星，然后坍缩成黑洞。这些奇特的实体会从准星直接坍缩到黑洞，而不会变成恒星，被称为直接坍缩黑洞。但这些都是假定和模型。天体物理学家需求更多实践察看，例如 TDE J2150 的状况，以确认或扫除任何可能性。

“因而，假如我们能够更好天文解有多少真正的中间黑洞存在，就能够辅佐肯定哪些超大质量黑洞构成理论是正确的，”琼克说。

研讨小组还能够丈量黑洞的自旋，这对黑洞的生长有影响，或许对粒子物理学也有影响。黑洞正在快速旋转，但它并没有尽可能快地旋转。这就引出了一个问题，IMBH 是如何抵达这个范围内的速度的？旋转翻开了一些可能性并消弭了其他可能性。

Zabludoff 说：“有可能黑洞就是这样构成的，并且自那以后没有太大变更，或者两个中等质量的黑洞最近兼并构成了这个黑洞。” “我们的确知道，我们丈量的自旋不包含黑洞在很长一段时间内因稳定地摄入气体或从随机方向抵达的许多快速气体零食而增长的状况。”

自旋速率也可能为暗物质的潜在粒子候选者提供一些启示。其中一个假定说，暗物质由实验室中从未见过的粒子组成，称为超轻玻色子。假如这些奇特粒子存在，它们的质量将不到电子的十亿分之一。IMBHs 自旋速率可能会扫除这些候选粒子的存在。

“假如这些粒子存在并且质量在一定范围内，它们将阻止中等质量的黑洞快速旋转，”共同作者尼古拉斯·斯通说。“但是 J2150 的黑洞正在快速旋转。因而，我们的自旋丈量扫除了一大类超轻玻色子理论，展示了黑洞作为外星粒子物理学实验室的价值。”

这一发现也将有助于更好天文解矮星系及其黑洞。但要做到这一点，天体物理学家需求察看更多这些 IMBH 潮汐破坏事情。

“假如事实证明大多数矮星系都包含中等质量的黑洞，那么它们将主导恒星潮汐破坏的速度，”斯通说。“经过将这些耀斑的 X 射线发射与理论模型中止拟合，我们能够对宇宙中的中等质量黑洞人口中止普查，”温弥补道。

正如在天文学、天体物理学和宇宙学中经常呈现的状况一样，未来的望远镜和天文台应该大大进步我们的学问。在这方面，Vera C. Rubin 天文台能够发挥作用。鲁宾每年能够发现数千个 TDE。

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