北京
一颗恒星靠得太近，被超大质量黑洞的引力撕碎。碎片不会一次性全部落进去，一部分向内坠落，另一部分则可能以强劲喷流和外流的形式被抛回太空。天文学家把这类事件称为潮汐撕裂事件，而一项新研究正是从这些罕见的恒星死亡中，找到了黑洞何时突然产生喷流的线索。
研究由科廷大学国际射电天文研究中心（ICRAR）与福雷斯特研究基金会的阿黛尔·古德温博士领衔，合作者安德鲁·马默里博士来自普林斯顿高等研究院。相关成果已发表在《自然·天文学》上。
质量相差千万倍，却遵循同一条规则
研究人员把质量约为太阳10倍的黑洞，与质量达数百万倍太阳质量的超大质量黑洞放在一起比较。尽管两者体量悬殊，它们似乎都能在进食周期的同一阶段产生喷流。
“这些黑洞在质量上存在巨大差异，但它们似乎在进食过程的同一点上开启喷流，”古德温博士说。“这告诉我们一些关于黑洞的根本性事实：物理规律似乎并不在乎它们有多大。”
几十年来，天文学家一直怀疑黑洞可能无论质量大小都遵循相似的物理规则。但用超大质量黑洞来检验这一想法并不容易，因为它们进食行为的重大变化可能持续数千年，远远超出天文学家能够直接观测的时间跨度。
看着黑洞撕碎一颗恒星
古德温与同事转而研究潮汐撕裂事件——恒星靠近超大质量黑洞到足够近、被其引力拉散的罕见片段。碎片不会一下子消失进黑洞，一些物质向内落去，另一些则可能通过外流和穿越广袤太空的狭窄喷流被抛射出去。
“当黑洞撕碎一颗恒星时，它不会把一切都干净利落地吞下去，”古德温博士说。“一部分物质被消耗，一部分则以强大的喷流和外流形式被抛回太空。你可以把它想象成黑洞打了一个嗝，只不过这些嗝能把物质喷射到极远的距离，并影响周围的星系。”
潮汐撕裂事件让天文学家能在短短几年内观察超大质量黑洞进食率的变化，而不必等待通常需要数千年才能完成的过程。
为什么有些喷流出现得晚
一个长期存在的谜题是，潮汐撕裂事件之后射电辐射出现的时间差异极大。有些黑洞在摧毁恒星后不久就产生可探测的喷流，另一些则在数月甚至数年内保持射电安静，随后突然活跃起来。
“我们观察这些事件时，一直在问为什么时间差异这么大，”古德温博士说。
研究人员分析了20次潮汐撕裂事件，使用了澳大利亚、美国、印度、南非以及太空中的望远镜收集的光学、紫外、X射线和射电观测数据。随后他们把样本缩小到10次事件，这些事件的黑洞进食率和射电外流时间都能可靠建模。数据中浮现出两个截然不同的喷流产生时期。
2%的关键阈值
第一个喷流阶段出现较早，此时刚获得补给的黑洞正以极高速度消耗物质。第二个阶段可能发生在恒星被撕裂后数百到数千天，此时进食率已大幅下降。
延迟出现的喷流，出现在黑洞达到其爱丁顿极限约2%的时候。爱丁顿极限描述的是辐射产生的向外压力与引力向内拉扯达到平衡的临界点，天文学家常用它作为比较黑洞消耗物质快慢的参照。
“延迟喷流出现时，黑洞的进食率降到了与更小黑洞已知相同的临界点。那一刻我们意识到，这不只是某一类黑洞的怪癖，而看起来是一条适用于整个宇宙的规则。”
大约2%这一阈值，此前已与银河系内恒星级质量黑洞的喷流形成联系在一起。在超大质量黑洞身上发现同样的阈值，意味着这一转变与吸积本身的物理机制有关，而非取决于黑洞的绝对质量。
在马德里认出的模式
这一关联是在古德温与马默里参加马德里一场会议期间变得清晰的。远离望远镜数据之后，两位研究者意识到，他们在潮汐撕裂事件中看到的行为，与更小黑洞中已有记录的一种转变十分相似。
这一比较为射电喷流为何会在恒星被摧毁后如此不同的时间出现，提供了一种可能的解释：有些喷流可能在极端进食的初期阶段产生，另一些则要等到吸积率下降到更低的临界阈值之后才出现。
该结果并不意味着每一次潮汐撕裂事件都必须在完全相同的时间产生喷流。研究指出的是，进食率可以作为一个有用的物理标记，用来判断喷流产生何时变得更可能。
预测该在什么时候去看
这个标记或许能帮助天文学家决定何时用射电望远镜回访一次潮汐撕裂事件。
“射电望远镜极其强大，但知道什么时候去看，和知道往哪里看同样重要，”古德温博士说。“如果我们能预判黑洞更可能在什么时候产生喷流，就能开展更有针对性的观测，减少浪费，并提高我们的机会。”
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