在首次模拟中观看一颗恒星被超大质量黑洞摧毁

Josiah01

我们知道，像我们银河系这样的星系中心的巨大黑洞偶尔会吞噬附近的恒星。
这导致了一个戏剧性而复杂的过程，因为恒星坠入超大质量黑洞时会被炸成细丝状并被撕成碎片。由此产生的烟花被称为潮汐瓦解事件。
在今天发表在《天体物理学杂志快报》上的一项新研究中，我们对这一过程在一年内如何演变进行了迄今为止最详细的模拟。
黑洞撕裂太阳
美国天文学家杰克·希尔斯和英国天文学家马丁·里斯在 20 世纪 70 年代和 80 年代首次提出了潮汐破坏事件理论。里斯的理论预测，恒星的一半碎片会留在黑洞中，与自身碰撞形成一个炽热、发光的物质漩涡，即吸积盘。吸积盘非常热，会辐射出大量的 X 射线。
但令所有人惊讶的是，迄今为止发现的 100 多个候选潮汐瓦解事件中，大多数都主要以可见光波长发光，而不是 X 射线。观测到的碎片温度仅为 10,000 摄氏度。这就像一颗中等温度的恒星的表面，而不是超大质量黑洞周围热气体所预期的数百万度。
更奇怪的是黑洞周围发光物质的推断大小：比我们的太阳系大几倍，并以光速的百分之几迅速膨胀远离黑洞。
考虑到即使百万倍太阳质量的黑洞也只比我们的太阳大一点点，通过观测推断出发光物质球的巨大尺寸完全令人惊讶。
虽然天体物理学家推测，在分裂过程中，黑洞一定以某种方式被物质所覆盖，以解释 X 射线辐射的缺失，但迄今为止，没有人能够证明这种情况究竟是如何发生的。这就是我们的模拟发挥作用的地方。
吸吮和打嗝
黑洞是个吃相凌乱的家伙——就像一个五岁的小孩吃着一碗意大利面条。恒星最初是紧凑的物体，但后来变成了意大利面条：在黑洞的极端潮汐作用下，恒星被拉伸成一条细长的线。
当这颗现已被撕碎的恒星的一半物质被吸入黑洞时，只有 1% 真正被吞噬。其余的物质最终以宇宙“打嗝”的形式被吹出黑洞。
用计算机模拟潮汐瓦解事件很难。牛顿引力定律在超大质量黑洞附近不起作用，因此必须考虑爱因斯坦广义相对论中所有奇怪而美妙的效应。
但努力工作才是博士生的本分。我们最近的毕业生 David Liptai 开发了一种新的爱因斯坦式模拟方法，使团队能够通过将毫无防备的恒星扔向最近的黑洞的大致方向来进行实验。你甚至可以自己做。
此处的视频中展示的最终模拟首次展示了潮汐破坏事件从吸水到打嗝的全过程。
他们跟踪恒星的面条化过程，直到碎片落回黑洞，然后接近黑洞，使水流变成像花园软管一样蠕动的东西。在最初的坠落之后，模拟持续了一年多。
它在澳大利亚最强大的超级计算机之一上运行了一年多的时间。缩小版如下：
我们发现了什么？
令我们大吃一惊的是，我们发现落入黑洞的 1% 物质会产生大量热量，从而产生极其强大且近乎球形的流出物。（有点像那次你吃了太多咖喱，原因也差不多。）
黑洞根本无法吞噬那么多东西，无法吞噬的东西就会窒息中央发动机并被稳步抛出。
当我们用望远镜观察它们时，模拟结果可以解释很多事情。事实证明，之前的研究人员对窒息的解释是正确的。它看起来像这样：
新的模拟揭示了潮汐破坏事件为何看起来确实像一颗太阳系大小的恒星，以百分之几的光速膨胀，由内部的黑洞提供动力。事实上，人们甚至可以称它为“黑洞太阳”。