超大質量黑洞的引力捕獲的恆星-倖存！

天文學家可能已經發現了一種新的生存故事：一顆恆星，它的刷子上有一個巨大的黑洞，並且通過驚嘆於X射線來講述這個故事。來自美國宇航局錢德拉X射線天文台和歐洲航天局XMM-牛頓的數據揭示了一個起因，它是一顆紅色巨星在離地球約2.5億光年的銀河系中徘徊太近，接近一個超大質量黑洞。黑洞位於一個名為GSN 069的星系中，其質量約為太陽的400,000倍，處於超大質量黑洞的天平的小端。天文學家可能已經發現了一種新的生存故事：一顆恆星，它的刷子上有一個巨大的黑洞，並且通過驚嘆於X射線來講述這個故事。  

來自 美國宇航局錢德拉X射線天文台和歐洲航天局XMM-牛頓的數據揭示了一個起因，其原因是一顆紅色的巨型恆星在離地球約2.5億光年的銀河系中徘徊太近，接近一個超大質量黑洞。黑洞位於一個名為GSN 069的星系中，其質量約為太陽的400,000倍，處於超大質量黑洞的天平的小端。

一旦黑洞的引力捕獲了紅色巨星，就將含有氫的恆星的外層剝去，並朝黑洞傾斜，從而將恆星的核（稱為 白矮星 ）拋在身後。

“在我對X射線數據的解釋中，白矮星倖存了下來，但沒有逃脫，”執行這項研究的英國萊斯特大學的安德魯·金說。“它現在被困在黑洞周圍的橢圓軌道上，大約每九小時繞一圈。”

當白矮星幾乎每天繞軌道運行三次時，黑洞將以最接近的方式將物質拉出（距離黑洞不超過事件視界半徑的15倍（無返回點））。恆星碎屑進入圍繞黑洞的盤中，並釋放出錢德拉和XMM-牛頓可以檢測到的X射線爆發。此外，金預測  ，黑洞和白矮星對將發射引力波，尤其是在它們的最近點。

恆星及其軌道的未來將是什麼？引力波和失去質量的恆星大小增加的綜合作用，將使軌道變得更圓並增大。在這種情況下，質量損失的速度穩定地減慢，並且白矮星逐漸遠離黑洞旋轉。

“它將努力逃脫，但沒有逃脫。黑洞將越來越慢地吞噬它，但永遠不會停止。”金說。“原則上，這種質量損失將持續到甚至在白矮星成為行星之後，大約一萬億年之內，其質量類似於 木星。對於宇宙來說，這將是一個非常緩慢和令人費解的方式！”

天文學家已經發現許多恆星由於遇到黑洞而被完全撕裂（所謂的潮汐破壞事件），但幾乎沒有報導說有遺漏的案例，恆星很可能倖免於難。

考慮到宇宙交通模式的統計數據，這樣的掠食遭遇比直接碰撞更為普遍，但是由於一些原因，它們很容易被錯過。首先，可能需要一顆質量更大，尚存的恆星太久才能完成繞黑洞的軌道，天文學家才能看到它們反复爆發。另一個問題是，比GSN 069中的質量大得多的超大質量黑洞可能直接吞噬一顆恆星，而不是該恆星掉入定期失去質量的軌道上。在這種情況下，天文學家將不會觀察到任何東西。

“從天文角度來講，只有我們目前的望遠鏡能夠在短短的大約2000年時間內看到此事件，”金說。“因此，除非我們非常幸運地抓住了這個，否則我們可能還會遺漏更多。這樣的遭遇可能是黑洞擴大到GSN 069的黑洞的主要方式之一。”

金預言白矮星的質量只有太陽質量的十分之二。如果白矮星是紅色巨星的核心，而紅色巨星的氫被完全剝奪，那麼它應該富含氦氣。氦可能是在紅色巨人的進化過程中通過氫原子的融合而產生的。

金說：“令人驚奇的是，可以推斷出2.5億光年遠的小恆星的軌道，質量和組成。”

金根據自己的情況做出了預測。由於白矮星離黑洞非常近，因此廣義相對論的影響意味著軌道軸的方向應擺動或“進動”。此擺動應每兩天重複一次，並且在足夠長的觀察時間內可能可以檢測到。

描述這些結果的論文發表在2020年3月的《皇家天文學會月刊》上。NASA的馬歇爾太空飛行中心負責管理Chandra計劃。史密森尼天文觀測台的錢德拉X射線中心控制著劍橋和馬薩諸塞州伯靈頓的科學和飛行業務。

參考：安德魯·金（Andrew King）在2020年2月7日發表的“ GSN 069 –懷念附近的潮汐破壞”， 

皇家天文學會月報。

https://www.sci-nature.vip/2021/01/star-captured-by-supermassive-black.html