数亿光年外的遥远星系中一颗围绕超大质量黑洞运行的恒星在巨大引力下被猛烈撕裂

这幅插图显示了一颗恒星在潮汐破坏耀斑中被超大质量黑洞吞噬时发出的发光物质流。

当一颗恒星经过黑洞的一定距离内时 - 足够接近被引力破坏 - 恒星物质在落入黑洞时被拉伸和压缩。

（NASAJPL-加州理工学院）

这幅插图描绘了一颗恒星（前景）在“潮汐破坏事件”期间被超大质量黑洞（背景中）吸入时经历意大利面条化。

（ESOM Kornmesser）

（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（作者：Dan Bernardi，雪城大学）：在数亿光年之外的一个遥远星系中，一颗围绕超大质量黑洞运行的恒星正在黑洞的巨大引力下被猛烈撕裂。

当恒星被撕碎时，它的残余物被转化为一股碎片流，这些碎片落回黑洞，形成一个非常热、非常明亮的物质盘，围绕黑洞旋转，称为吸积盘。

这种现象 - 恒星被超大质量黑洞摧毁并助长发光吸积耀斑 - 被称为潮汐破坏事件（TDE），并且预测TDE大约每10，000至100，000年在特定星系中发生一次。

由于光度在短时间内（即比太阳亮数十亿倍）超过整个星系（即比我们的太阳亮数十亿倍），吸积事件使天体物理学家能够从宇宙学距离研究超大质量黑洞（SMBH），为其他静止或休眠星系的中心区域提供了一个窗口。

通过探测这些强引力事件，爱因斯坦的广义相对论对于确定物质的行为至关重要，TDE产生了有关宇宙中最极端环境之一的信息：黑洞的事件视界 - 不归路。

TDE通常是“一次性完成的”，因为SMBH的极端引力场会破坏恒星，这意味着SMBH在吸积耀斑后会逐渐消失在黑暗中。

然而，在某些情况下，恒星的高密度核心可以在与SMBH的引力相互作用中幸存下来，使其能够多次绕黑洞运行。

研究人员称之为重复部分TDE。

一组物理学家，包括主要作者，欧洲南方天文台研究员Thomas Wevers，以及共同作者，雪城大学物理学助理教授Eric Coughlin和麻省理工学院Kavli天体物理和空间研究所的研究科学家Dheeraj R. “DJ” Pasham提出了重复部分TDE的模型。

他们的研究结果发表在《天体物理学杂志快报》上，描述了SMBH捕获恒星，每次恒星接近黑洞时物质的剥离，以及材料被剥离和再次进入黑洞之间的延迟。

该团队的工作是第一个开发和使用重复部分TDE的详细模型来解释观测结果，预测遥远星系中恒星的轨道特性，并了解部分潮汐破坏过程。

该团队正在研究一种名为AT2018fyk的TDE（AT代表天体物理瞬变）。

这颗恒星是由SMBH通过称为“希尔斯捕获”的交换过程捕获的，其中恒星最初是双星系统（两颗恒星在相互引力下相互绕行）的一部分，该系统被黑洞的引力场撕裂。

另一颗（未捕获的）恒星以~1000公里/秒的速度从银河系中心喷射出来，被称为超高速恒星。

一旦绑定到SMBH，为AT2018fyk发射提供动力的恒星每次通过与黑洞最接近的点时都会反复剥离其外壳。

恒星剥离的外层形成了明亮的吸积盘，研究人员可以使用X射线和紫外线/光学望远镜来观察来自遥远星系的光线。

根据Wevers的说法，有机会研究部分TDE可以对超大质量黑洞的存在和星系中心恒星的轨道动力学提供前所未有的见解。

“到目前为止，人们的假设是，当我们看到恒星和超大质量黑洞之间近距离相遇的后果时，结果对恒星来说将是致命的，也就是说，恒星被完全摧毁，”他说。

“但与我们所知道的所有其他TDE相反，当我们几年后再次将望远镜指向同一位置时，我们发现它再次变亮。

这导致我们提出，与其说是致命的，不如说是恒星的一部分在最初的遭遇中幸存下来，并返回同一位置再次被剥离物质，从而解释了重新变亮的阶段。

活到死的一天

AT2018fyk于2018年首次被发现，最初被认为是普通的TDE。

在大约600天的时间里，光源在X射线中保持明亮，但随后突然变暗并且无法检测到 - 这是恒星残余核心返回黑洞的结果，麻省理工学院物理学家Dheeraj R. Pasham解释说。

“当核心返回黑洞时，它基本上通过引力从黑洞中窃取了所有气体，结果没有物质可以吸积，因此系统变暗，”Pasham说。

目前还不清楚是什么导致了AT2018fyk光度的急剧下降，因为TDEs通常会平滑地逐渐衰减 - 而不是突然 - 在其发射中。

但在下降大约600天后，再次发现源是X射线明亮的。

这导致研究人员提出，这颗恒星在第一次与SMBH的近距离接触中幸存下来，并且在黑洞的轨道上。

使用详细的建模，研究小组的发现表明，恒星围绕黑洞的轨道周期大约为1，200天，从恒星脱落的物质大约需要600天才能返回黑洞并开始吸积。

他们的模型还限制了捕获的恒星的大小，他们认为这颗恒星的大小与太阳差不多。

至于最初的双星，研究小组认为这两颗恒星在被黑洞撕裂之前彼此非常接近，可能每隔几天就会相互绕行。

那么，一颗恒星如何在死亡中幸存下来呢？这一切都归结为接近度和轨迹的问题。

如果恒星与黑洞正面相撞并经过事件视界 - 逃离黑洞所需的速度超过光速的阈值 - 恒星将被黑洞吞噬。

如果恒星非常靠近黑洞并穿过所谓的“潮汐半径” - 洞的潮汐力比保持恒星在一起的引力强 - 它将被摧毁。

在他们提出的模型中，恒星的轨道到达一个最接近的点，就在潮汐半径之外，但并没有完全穿过它：恒星表面的一些物质被黑洞剥离，但其中心的物质保持不变。

重复表演？

恒星绕SMBH运行的过程如何或是否会发生在许多重复的通道中，这是一个理论问题，该团队计划在未来的模拟中研究这个问题。

锡拉丘兹物理学家埃里克·考夫林（Eric Coughlin）解释说，他们估计每次通过黑洞时，恒星质量的1%到10%都会丢失，由于TDE发射建模的不确定性，范围很大。

“如果质量损失只有1%的水平，那么我们预计这颗恒星能够存活更多的遭遇，而如果它接近10%，恒星可能已经被摧毁了，”考夫林指出。

TDE 研究的未来

该团队将在未来几年内关注天空，以测试他们的预测。

根据他们的模型，他们预测源将在2023年3月左右突然消失，并在2025年新剥离的物质吸积到黑洞时再次变亮。

该团队表示，他们的研究为跟踪和监测过去检测到的后续来源提供了新的前进方向。

这项工作还提出了一种来自外部星系中心的重复耀斑起源的新范式。

“在未来，可能会有更多的系统被检查为后期耀斑，特别是现在这个项目提出了通过动态交换过程捕获恒星的理论图景以及随后的反复部分潮汐破坏，”考夫林说。

“我们希望这个模型可以用来推断遥远的超大质量黑洞的性质，并了解它们的”人口统计“，即给定质量范围内的黑洞数量，否则很难直接实现。

该团队表示，该模型还对潮汐破坏过程做出了一些可测试的预测，并且随着对AT2018fyk等系统的更多观测，它应该可以深入了解部分潮汐破坏事件的物理学和超大质量黑洞周围的极端环境。

“这项研究概述了可能预测外部星系中超大质量黑洞下一次零食时间的方法，”Pasham说。

“如果你仔细想想，我们在地球上可以将我们的望远镜对准数百万光年外的黑洞，以了解它们是如何喂养和生长的，这是非常了不起的。

孩子问黑洞是什么？这本《跟着霍金看宇宙》真的能讲明白

你有没有过这种经历——忙完一天刚想歇口气，孩子突然凑过来问一句："妈妈，黑洞真的能把东西吸进去吗？宇宙到底有多大呀？太阳为什么会发光？" 我每次被问到这类问题，都是一脸懵。

说实话，我自己上学那会儿物理就没学明白，时间、空间、引力这些概念，脑子里只剩一团浆糊。

想给孩子讲几句吧，又怕讲错了、误人子弟；不讲吧，又不想打击孩子的好奇心。

尤其现在孩子上了小学中高年级，对科学的好奇心正是最旺盛的时候。

每天追着问"为什么"，那股劲儿其实特别珍贵。

可咱们当家长的，确实不是万能的百科全书，很多科普知识自己都搞不清楚，更别说用孩子能听懂的话讲出来了。

我一开始也想给孩子买书，结果在书店翻了半天，越翻越没底。

那些宇宙科普书，要么是密密麻麻的专业术语，孩子翻两页就没了兴趣；要么图倒是漂亮，讲得却浮于表面，读完啥也没记住。

后来一个当老师的朋友给我推荐了一本《跟着霍金看宇宙》，我拿到手自己先翻了一遍，还真被惊艳到了。

这本书最大的好处，就是它真的站在孩子的认知水平上去讲宇宙，一点不端着。

先说它怎么讲黑洞。

书里没有上来就甩一堆公式，而是从霍金爷爷是怎么发现黑洞、怎么理解黑洞讲起，用特别形象的比喻，让孩子能"看见"黑洞在做什么。

我家孩子看完竟然主动跟我讲"黑洞就像宇宙里的贪吃怪"，虽然不太准确，但那股理解和记忆的劲儿，可比死记硬背强太多了。

再说时间旅行这个更抽象的话题。

很多成年人一听都觉得玄乎，但这本书把它讲得特别接地气。

孩子看完恍然大悟，还跟我说"原来时间也会被引力拉慢呀"。

这种孩子能亲口讲出来的理解，正是我最看重的。

我觉得这本书特别适合几类孩子。

一种是那种天生爱问"为什么"、对天文特别感兴趣的孩子，能给他们一个很扎实的入门；另一种是平时不太爱看书、觉得科学枯燥的孩子，这本书的讲述方式能让他们重新觉得"原来科学这么有意思"；还有一种就是咱们这些想陪孩子一起读、却自己也不太懂的家长，带着孩子一起看，正好补补课，还能顺便聊聊天。

书里的插图也很用心，结构清晰，读起来完全不费劲。

我家孩子现在每天睡前都要主动翻几页，还经常跑来给我"讲课"。

这种亲子共读的时光，可比看平板刷手机有意义多了。

而且这本书的定价也很实在，几十块钱就能给孩子打开一扇望向宇宙的窗，让孩子知道霍金爷爷那些听起来高深的理论，其实离我们并不遥远。

如果你也在为孩子选一本靠谱的宇宙科普入门书，或者发愁怎么跟孩子聊"时间""空间""黑洞"这些话题，我真的挺推荐这一本的。

能让孩子主动读、读得懂、还愿意开口讲的科普书，说实话真不多见。

趁着孩子对宇宙的好奇心正热乎，早一点给他一本合适的读物，早点点燃那颗探索的小火苗，说不定就种下了他未来仰望星空的种子呢。

这本书我自己翻过一遍，之所以敢放心推荐，还有一个很重要的原因——它讲科学，却不只是把知识倒给孩子，而是带着一种"陪孩子一起好奇"的温度。

霍金爷爷那套关于宇宙的想法，在书里被讲得既严谨又好懂，孩子读着不觉得吃力，家长陪着读也不觉得枯燥。

很多家长会纠结，孩子这么小，看这种书是不是太早了？其实恰恰相反，越早接触，越能在孩子心里种下对科学的好感。

等将来上了中学真正学物理的时候，孩子想起小时候读过的这本书，那些抽象的概念就会变得亲切起来，学起来也更省力。

如果要说一点小小的不足，那就是这本书需要家长稍微陪读几页，帮孩子把节奏带起来。

不过一旦孩子自己入了迷，后面你就会发现他根本停不下来了，天天追着你讨论外星人存不存在、宇宙有没有尽头。

总的来说，一本能让孩子主动去翻、读得懂又愿意开口讲的宇宙科普书，真的很难得。

如果你也想让孩子在这个好奇心爆棚的年纪，接触一点真正有意思、也有营养的知识，这本《跟着霍金看宇宙》是个非常不错的开始。

趁孩子这份好奇心还在，早一点把这本书带回家，说不定哪一天，他抬起头看星空的眼神，就不一样了。

竟然对折宇宙！虫洞居然连接星系，由此触摸另一个星系的春天

深邃的宇宙背景之上，一幅关于时空终极奥秘的蓝图被徐徐展开，顶部的发问“虫洞能否连接两个星系？”直击人类探索深空的核心渴望。

这幅由“Science Of Infinity”呈现的科幻科普视觉图，以经典的“爱因斯坦-罗森桥”概念为骨架，将抽象的广义相对论具象化为一场跨越星海的视觉奇观。

画面上下各悬浮着一个壮丽的旋涡星系，标注为“星系1”与“星系2”，它们并非孤立存在，而是被一种超越常规物理距离的神秘结构紧密相连，瞬间将观者拉入星际穿越的宏大叙事之中。

时空的舞台由蓝色的网格线勾勒，这便是“时空结构”的具象表达。

在常规认知中，时空是平滑的织物，但图中它因极端质量而剧烈弯曲，形成一条漏斗状的捷径。

上方星系的核心处，一个散发着炽热橙红色光晕的黑洞作为“入口点”出现，其强大的引力场吞噬着周围一切，成为这条宇宙隧道的起点。

时空网格在此处急剧下陷，顺势延伸至画面中央，那里幽蓝与紫光交织的狭窄通道正是“虫洞”本身，它像一座桥梁穿透了时空的褶皱，理论上为跨越光年尺度的航行提供了可能，让原本遥不可及的两个遥远星系拥有了瞬间连通的契机。

穿过虫洞的奇点，时空结构在下方再次舒展，迎接旅者的是标注为“白洞”的出口点。

与黑洞的吞噬截然相反，白洞喷射出耀眼的蓝白色光芒，仿佛将物质与能量从另一端点强制释放，完成这场穿越的终章。

从星系1的黑洞入口，经由扭曲的时空咽喉，再到星系2的白洞出口，整个结构呈现出一种对称而诡谲的美感。

它生动地隐喻了宇宙中可能存在的“拓扑捷径”，即无需在三维空间中航行亿万光年，而是直接弯曲并穿透四维时空，实现超距连接。

尽管这幅图像充满视觉震撼与科学美感，它本质上仍是对理论物理的艺术化演绎。

现实中，虫洞的稳定性、负能量物质的存在以及穿越其中的物理极限，仍是未解之谜。

然而，正是这种科学与想象的碰撞，赋予了画面无穷的吸引力。

它不仅是一张图解，更是一首关于宇宙探索的史诗，激发着我们对星辰大海的无尽遐想，提醒着在人类认知的边界之外，或许正有无数这样的时空隧道，默默串联着宇宙最深处的秘密。