中等大小的黑洞像乱七八糟的幼儿一样吃掉星星

西北大学领导的一项新研究发现，如果它们存在，中等质量的黑洞可能会像一个乱七八糟的蹒跚学步的小孩一样吞噬任性的恒星——咬几口，然后将残骸扔到整个银河系。

在新的 3D 计算机模拟中，天体物理学家模拟了不同质量的黑洞，然后将恒星(大小与太阳相当)从黑洞旁边抛出，看看会发生什么。

研究人员发现，当一颗恒星接近一个中等质量的黑洞时，它最初会被困在黑洞的轨道上。在那之后，黑洞开始了漫长而猛烈的进餐。每当恒星绕一圈，黑洞就会咬一口——每次通过都会进一步蚕食恒星。最终，除了恒星畸形和异常致密的核心外，什么都没有留下。

那时，黑洞喷射出残骸。这颗恒星的残余物飞向银河系的安全地带。

这些新的模拟不仅暗示了中等质量黑洞的未知行为，它们还为天文学家提供了新的线索，以帮助他们最终在我们的夜空中查明这些隐藏的巨人。

“我们显然不能直接观察黑洞，因为它们不发光，” 领导这项研究的西北大学的Fulya Kıroğlu说。“因此，相反，我们必须研究黑洞与其环境之间的相互作用。我们发现恒星在被抛射之前会经历多次通道。每次通过后，它们都会失去更多的质量，从而在其撕裂时产生光彩。每一次耀斑都比上一次更亮，创造了一个可能有助于天文学家找到它们的特征。”

Kıroğlu 将在物理学会 (APS) 4 月会议的虚拟部分展示这项研究 。“中等质量黑洞对恒星的潮汐破坏事件” 将于 4 月 25 日星期二东部时间下午 1 点 36 分/中部夏令时间下午 12 点 36 分发生，作为“介质：宇宙射线、活动星系核和星系”会议的一部分。 ” 记者可以免费注册。《天体物理学杂志》已接受该研究发表。

Kıroğlu 是西北大学温伯格艺术与科学学院的天体物理学研究生 ，也是 天体物理学跨学科探索与研究中心 (CIERA)的成员。论文合著者 弗雷德里克·拉西奥(Frederic Rasio)、温伯格 (Weinberg) 物理学和天文学教授约瑟夫·卡明斯 (Joseph Cummings) 以及 CIERA 成员为她提供建议。

虽然天体物理学家已经证明存在较低和较高质量的黑洞，但中等质量的黑洞仍然难以捉摸。超新星坍缩时产生的恒星残余黑洞大约是太阳质量的 3 到 10 倍。另一方面，潜伏在星系中心的超大质量黑洞的质量是太阳的数百万到数十亿倍。

如果它们存在，中等质量的黑洞将位于中间的某个位置——比恒星残余黑洞大 10 到 10,000 倍，但不及超大质量黑洞那么大。尽管理论上这些中等质量黑洞应该存在，但天体物理学家尚未找到无可争辩的观测证据。

“他们的存在仍在争论中，”Kıroğlu 说。“天体物理学家已经发现了它们存在的证据，但这些证据通常可以用其他机制来解释。例如，看起来是中等质量黑洞的东西实际上可能是恒星质量黑洞的积累。”

为了探索这些躲避物体的行为，Kıroğlu 和她的团队开发了新的流体动力学模拟。首先，他们创建了一个由许多粒子组成的恒星模型。然后，他们将恒星送向黑洞，并计算了恒星接近过程中作用在粒子上的引力。

“我们可以具体计算出哪个粒子与恒星结合以及哪个粒子被破坏(或不再与恒星结合)，”Kıroğlu 说。

通过这些模拟，Kıroğlu 和她的团队发现，恒星在最终被抛射之前可以围绕中等质量黑洞旋转多达五圈。每绕过黑洞一次，恒星就会随着被撕裂而失去越来越多的质量。然后，黑洞将残骸——以灼热的速度移动——踢回银河系。重复的模式将创造出令人惊叹的灯光秀，帮助天文学家识别并证明中等质量黑洞的存在。

“这颗恒星没有被完全撕裂真是太神奇了，”克罗格鲁说。“一些明星可能会幸运地幸免于难。喷射速度如此之高，以至于这些恒星可以被识别为超高速恒星，已经在星系中心观察到。”

接下来，Kıroğlu 计划模拟不同类型的恒星，包括巨星和双星，以探索它们与黑洞的相互作用。

这项名为“中等质量黑洞对主序星的部分潮汐破坏”的研究得到了国家科学基金会(资助号 AST-2001751)和 NASA(资助号 80NSSC21K1722、AST-2108624 和 80NSSC22K0722)的支持。