一颗恒星掠过黑洞,被撕掉一部分。过了几个月或几年,它又回来,再掀起一次闪光。

奇怪的是,有些系统的闪光一次比一次暗。可旧模型一直难以重现连续变暗的趋势。

雪城大学团队给出了新解释:恒星第一次靠近前,可能就已经转得很快。成果发表于《天体物理学杂志》。

可转得快,怎么会让闪光变暗?

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AT2018fyk系统示意图:恒星被拉出两条物质尾巴。这不是实拍。

它不是从黑洞里面逃出来的

黑洞对恒星近端和远端的拉力不同,差得够大,就能把恒星撕散。但如果没有靠得太近,也可能只剥掉外层,留下核心。

核心仍在黑洞外运行,绕一圈后再次靠近。天文学家把这种反复受损的过程,叫作“重复部分潮汐瓦解”。

发光的主要是被剥离的气体,不是黑洞内部。研究团队介绍,已识别的约10个重复系统中,有4个出现逐次变暗的闪光。

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潮汐撕裂的既有模拟画面:物质被拉成长流,并非本次研究的新观测。

剥下来的少了,为什么还一样亮

直觉很简单:碎片越来越少,闪光自然越来越暗。

可亮度不只看“总共有多少”,还要看“回来得有多快”。就像同一桶水,10秒倒完和20秒倒完,水流大小并不一样。

旧模型里,黑洞还会让恒星转得更快。某些恒星丢失的物质虽少了,碎片却在更短时间内回落。

两种变化大致抵消,峰值便可能维持在差不多的水平。

这里缩短的是碎片回落的时间,不是恒星绕黑洞一圈的时间。

先转得快,结果就不一样了

团队把快速自转的恒星放进模拟,设置了一个质量为太阳100万倍的黑洞。测试对象包括1倍和3倍太阳质量的恒星。

这些模拟还有个关键条件:恒星顺行自转,也就是自转与绕黑洞运行的方向一致。

这时,黑洞不容易在每次掠过时再大幅提高恒星转速。碎片回落的时间变化较小,剥离物质逐次减少,回落速率的峰值也随之降低。

模型由此重现了连续变暗的趋势,而不是只解释第二次闪光。

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四次掠过的模拟回落速率,非实测亮度。Bandopadhyay等,CC BY-SA 4.0。

那它为什么一开始就转得这么快

一种可能是:它原本有伴星。

两颗靠得很近的恒星,可以被潮汐锁定,自转跟着彼此绕行同步。轨道越紧,转得也越快。

随后,黑洞拆散这对双星。一颗被甩走,另一颗被捕获。这个“希尔斯机制”,有望同时解释快速自转和紧凑轨道。

但谜题还没全部解开。AT2018fyk第二次爆发,峰值亮度仅为首次的约十分之一。

这种幅度,当前自转模型还难以解释,可能得把轨道变化等因素也算进去。

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背景是光学图,右下框为X射线观测。这样的图像不能直接分辨恒星自转。

所以,这项研究提供的是一条可检验的解释,并非直接测到了那些恒星的转速。真实闪光如何产生,也不只由碎片回落决定。

要判断一颗恒星是否曾有伴星,你更看重后续闪光的规律,还是找到它原来搭档的线索?