黑洞吞噬恒星引发星系级耀发|宇宙|引力|恒星|星系级|银河系|黑洞

黑洞撕裂恒星触发全星系闪光

——一次未发生的“宇宙哑炮”，却点亮了理解星系光明的新路径

（图：艺术家构想的潮汐瓦解事件示意图｜来源：ESO / MPE / Gillessen et al.）

2014年，当模糊天体G2绕人马座A运行时，天文学家预测它会呈现出这样的景象。欧洲南方天文台S。吉勒森马克斯普朗克地外物理研究所马克沙尔特曼

有一个名为G2的奇异云状天体，它靠近了人马座A（SgrA）——银河系中心的超大质量黑洞。天文学家对此颇为兴奋，部分原因是他们认为它可能会被人马座A强大的引力撕裂。但这种情况并未发生，这次事件最后成了一场宇宙哑炮。G2绕过黑洞，在飞掠过程中幸存下来，并继续沿着一条缩短了的轨道运行。多项观测显示，它不仅仅是一团气体云。它很可能是一个被尘埃云包裹着的原恒星天体，或者也许是几颗合并的恒星。

（图：G2接近人马座A* 的真实观测序列合成图｜ESO/VLT）

如果G2与人马座A发生更直接的相遇，当天体G2被撕裂，其物质被加热并产生耀眼的耀斑时，天文学家或许能捕捉到照亮银河系的炫目光景。即便这种情况并未发生，但此类耀斑活动或许能够解释，为何嵌于星系中的超大质量黑洞（SMBH）自身虽不发光，却能照亮黑暗。

（图：高分辨率数值模拟中恒星被黑洞潮汐力拉伸的早期阶段｜SPHExA）

雪城大学和瑞士苏黎世大学的天文学家开展的新研究进行了计算机模拟，解释了黑洞引发的恒星毁灭如何导致耀斑活动。高分辨率计算机模型显示，当一颗恒星被卷入围绕超大质量黑洞的死亡螺旋时，它会被撕裂。撕裂产生的碎片最终会在黑洞周围的吸积盘中绕着漩涡打转。碎片碰撞产生的摩擦使其升温并发光，其亮度通常超过整个宿主星系。这些被称为潮汐瓦解事件（TDEs）的碰撞实际上会照亮星系。然而，没有两次事件是完全相同的，该团队的模拟试图解释其中的原因。

（图：艺术家对超大质量黑洞撕裂恒星的描绘｜DESY / Science Communication Lab）

深入研究潮汐瓦解事件

潮汐瓦解事件（TDE）的活动是一个引人入胜的研究领域，因为每一次事件都有其独特的活动特征。它的亮度如何上升、何时达到峰值以及衰减所需的时间，这些活动对于每一次耀斑来说都是独一无二的。为了模拟这些现象，科研团队不得不采用一种特殊的方法来模拟恒星的状况以及它与黑洞的相互作用。此外，他们还需要考虑黑洞自身的特性。

（图：光滑粒子流体动力学（SPH）模拟中恒星被分解为数十亿粒子的初始状态）

他们所采用的方法被称为光滑粒子流体动力学。该方法将一颗恒星分解为若干粒子，这些粒子彼此之间通过流体动力学方式相互作用（即遵循与水流经管道时相同的流体力学基本方程）。模拟使用了数百亿个粒子来描绘被撕裂恒星的气体，并展示了恒星被撕碎后发生的情形。这些碎片并未混乱地四散，而是形成了一条狭窄而连贯的物质流，沿着可预测的轨道绕黑洞运行，随后自身发生碰撞。正是这些碎片粒子的碰撞点亮了整个场景。

（图：三维渲染展示碎片流自相交区域｜Favre et al., CSCS & UZH）

黑洞的贡献

超大质量黑洞（SMBH）极强的引力会将恒星撕裂，从而引发潮汐瓦解事件（TDE）。但还有其他因素也在起作用：黑洞的质量、自转速度，以及其自转轴相对于恒星碎片在吸积盘中轨道平面的方向。这些因素会影响耀发开始的时间、亮度峰值以及持续时长。因此，如果一个正在吞噬恒星的黑洞处于旋转状态，就会改变其周围的时空环境，产生一种称为节点进动的现象。根据进动的强弱，恒星碎片流可能会发生偏移，导致最终的耀发可能不会出现，或者变得非常微弱。在某些情况下，耀发甚至可能延迟数圈绕行之后才发生。

这一复杂性可能有助于解释潮汐瓦解事件研究中一个长期存在的谜题：没有两次事件的观测特征完全相同。有些事件光变曲线迅速上升并快速衰减，有些则演化得更为缓慢；有些亮度较高，有些则较暗；还有些表现出难以用现有理论解释的行为。虽然黑洞质量的差异或许能解释其中一部分多样性，但这些新模拟表明，黑洞自转可能是造成这种多样性的关键因素之一。

未来利用薇拉鲁宾天文台、南希格雷斯罗曼太空望远镜等设备对潮汐撕裂事件和超大质量黑洞区域的观测，将为该团队的模拟提供更多检验机会。若能如此，将有助于他们更深入地理解遥远星系中黑洞的特性。

观测前沿 · 即将启程

• 薇拉·C·鲁宾天文台（2026年全面运行）
• 南希·格雷斯·罗曼太空望远镜（预计2027年发射）
• 中国空间站巡天望远镜（CSST，2026年起科学运行）

如需更多信息

黑洞如何照亮黑暗

使用SPHEXA模拟潮汐撕裂事件：解析物质流的回返过程

G2与人马座A：银河系中心的一场宇宙哑火