中国科大发现最暗弱的超大质量双黑洞潮汐撕裂恒星事件候选体
潮汐撕裂恒星事件是进行黑洞质量普查、研究黑洞吸积、喷流与反馈物理等的重要、有效手段，因而是时域天文的重要研究方向之一。近二十年来，潮汐撕裂恒星事件的观测研究已取得斐然进展，但是仍亟待大规模的观测发现以及后续的系统深入研究。近日，中国科学技术大学薛永泉教授领衔的一个国际研究团队发现了一例非常罕见的、迄今最为暗弱、具有极端光变的源自超大质量双黑洞的X射线潮汐撕裂恒星事件候选体，相关成果以“The Faintest, Extremely Variable X-ray Tidal Disruption Event from a Supermassive Black Hole Binary?”为题发表在国际综合期刊《The Innovation》上。
图1 超大质量双黑洞潮汐撕裂恒星事件示意图
当一颗恒星无意游走侵入黑洞统治的领域时，宇宙中最强引力场的威压将导致其逐渐变椭。倘若这颗恒星步子迈得太大，跨过了潮汐半径，由于其自身的引力已无法与黑洞潮汐力抗衡，最终它将被狠狠地撕成碎片，大概一半的恒星碎片会被黑洞吸积并释放电磁波，从而被我们地球上的望远镜探测到，这就是潮汐撕裂恒星事件。
潮汐撕裂恒星事件的提出源自上世纪70年代。那个时候，天文学家发现有些星系的中心异常明亮，也就是后来被称为活动星系核的天体。天文学家逐渐认识到，星系中心往往存在一个超大质量黑洞（质量是太阳质量的一百万倍以上），其周围存在的吸积盘将被吸积物质的引力势能高效地转化为内能、辐射能，从而达到如此不可思议的光度。但仍有一个问题，需要有源源不断的物质供给才能维持这样高的光度，也就是活动星系核的物质供给从哪里来？潮汐撕裂恒星事件当时作为一种可能的解释被提了出来，即，黑洞通过不断撕裂恒星来维持物质的供给；另一种可能的解释是，黑洞从宿主星系那里获得了源源不断的气体。通过理论计算，天文学家发现潮汐撕裂恒星事件的事件发生率过低，没有那么多倒霉的恒星来给黑洞送燃料。于是，潮汐撕裂恒星事件在这场关于活动星系核能量来源之争中败下阵来，但其让黑洞“短暂变亮”的特性，却成为了研究宁静黑洞珍贵的探针。近年来，随着时域天文的不断发展，潮汐撕裂恒星事件越来越受到关注。
钱德拉南天深场是迄今为止曝光时间最长（约七百万秒）从而最深、最灵敏的X射线巡天。研究团队在钱德拉南天深场中发现了一例光变非常有趣的X射线暂现源（即突然变亮从而被探测到、随后变暗直至无法探测的天体；取名为XID 935），其所有的X射线观测时间跨度接近20年。和光学图像对比，XID 935的位置位于其宿主星系（距离我们约42亿光年）中心，表明它很有可能和中心的超大质量黑洞有关，但通过研究其光谱发现，它并没有活动星系核的光谱特征。另外一种可能是，它是作为前景的银河系内的X射线双星，只不过偶然在我们的视线上与远处的星系中心重合，但通过计算可以发现，X射线双星发生这种事件的概率微乎其微。于是，XID 935最合理的解释就是潮汐撕裂恒星事件，因为别的暂现源图像都无法与观测相符；并且，它是所有已知X射线潮汐撕裂恒星事件中最为暗弱的一例，要不是钱德拉南天深场具有极高的灵敏度，它根本就不会被探测到。通常来说，潮汐撕裂恒星事件的光度在达到峰值后会呈现单调幂律下降的趋势。XID 935的光变之所以有趣，是因为它的光度在整体下降（近20年间变暗超过40倍直至无法探测到）的过程中，还出现了突然变暗又变亮（两个月内变亮超过27倍）的情况，预示着这可能是一例发生在超大质量双黑洞系统中的潮汐撕裂恒星事件——这样的事件非常罕见，之前仅有两例候选体，但它们的数据质量都远不如XID 935，且距离我们都要近得多。与普通的单黑洞潮汐撕裂恒星事件不同，当一颗恒星被主黑洞撕裂，恒星残骸流可能会被次黑洞干扰，导致无法正常回落到主黑洞，物质供给的中断导致光度骤然下降；当次黑洞远离后，恒星残骸流又能正常回落到主黑洞，于是主黑洞继续吸积残骸从而恢复光度（见图1与图2）。
图2 超大质量双黑洞潮汐撕裂恒星事件模型拟合XID 935的光变曲线
XID 935长约20年的X射线观测数据（所有X射线望远镜的观测总时长接近一千万秒，达到前所未有的深度）及其快速、极端的光度变化，为今后潮汐撕裂恒星事件理论模型与数值模拟的深入、定量研究提供了一个重要的观测基础与试金石。随着时域天文的发展，潮汐撕裂恒星事件的探测数量将会不断扩大，具有统计学意义的潮汐撕裂恒星事件大样本研究将有助于我们深刻理解这种天文现象，从而加深对黑洞物理与吸积物理的理解。
论文第一作者为中国科学技术大学博士研究生黄梦秋，通讯作者为中国科学技术大学薛永泉教授与中国科学院国家天文台李硕助理研究员，其余合作者来自北京大学、香港大学、中山大学、加州大学伯克利分校、智利天主教大学、博洛尼亚大学、密歇根大学、南京大学、拉德堡德大学、厦门大学、华中科技大学、马普地外物理研究所、安徽师范大学、上海天文台等单位。该项研究得到科技部、国家自然科学基金委、中国科学院等机构的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.xinn.2025.101169
（物理学院、科研部）
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