美国宇航局调查了一个每114天爆发一次的“老忠实”活跃星系

超大质量黑洞将一股气体从恒星吸走

黄石国家公园的老忠实间歇泉(Old Faithful geyser)定期向空中喷射一股沸腾的水柱。现在,一个由天文学家组成的国际团队发现了一个类似的宇宙,一个遥远的星系,大约每114天爆发一次。

使用设施的数据,包括美国国家航空航天局该公司的尼尔·格莱尔斯雨燕天文台和凌日系外行星勘测卫星(苔丝),科学家们研究了20次被称为暗杀-14ko事件的反复爆发。这些不同的望远镜和仪器对不同波长的光很敏感。通过协同使用它们,科学家们获得了更详细的爆发图片。

夏威夷大学NASA研究生Anna Payne在Mānoa网站上说:“这是我们在星系核心看到的最可预测、最频繁的多波长耀斑,它们给了我们一个独特的机会来详细研究这颗银河系外的老忠实星。”“我们认为这是一个超大质量黑洞在星系中心产生了爆炸,因为它部分吞噬了一颗绕轨道运行的巨星。”

巨大的黑洞吸走环绕巨星旋转的气体

在这张图中,一个巨大的黑洞吸走了一颗绕轨道运行的巨星的气体。来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心/克里斯·史密斯(USRA/GESTAR)

佩恩在2021年1月举行的美国天文学会第237次虚拟会议上提出了这一发现。佩恩领导的一篇关于来源和这些观察结果的论文正在接受科学审查。

天文学家将中心异常明亮且变化多端的星系归类为活动星系。这些天体产生的能量比所有恒星的能量总和还要多,包括超出预期的可见光、紫外线和x射线。天体物理学家认为,额外的辐射来自星系中心超大质量黑洞附近,在那里,气体和尘埃组成的旋转盘积聚并因引力和摩擦力而变热。黑洞会慢慢地消耗这些物质,从而在圆盘发出的光中产生随机波动。

但天文学家们对发现定期发生耀斑的活跃星系感兴趣,这可能有助于他们识别和研究新的现象和事件。

“ASASSN-14ko是目前我们最好的周期性变化的例子在一个活跃的星系,尽管几十年的其他索赔,因为耀斑的时机是非常一致的安娜和她的团队在6年的数据分析,“杰里米·施尼特曼说,美国航天局戈达德太空飞行中心的天体物理学家在绿地,马里兰州,研究黑洞,但并没有参与这项研究。“这个结果是多波长观测天文学的真正杰作。”

ASASSN-14ko于2014年11月14日被全天超新星自动巡天望远镜(ASAS-SN)首次探测到。ASAS-SN是一个由20个机器人望远镜组成的全球网络,总部位于哥伦布的俄亥俄州立大学(OSU)。它发生在ESO253-3,一个距离地球5.7亿光年的活跃星系,位于南方的皮克特星座。当时,天文学家认为这次爆发最有可能是超新星爆发,一种一次性的事件,会摧毁一颗恒星。

六年后,佩恩在研究已知活动星系的ASAS-SN数据,这是她论文工作的一部分。通过观察ESO 253-3光曲线,即其随时间变化的亮度曲线,她立即注意到一系列间隔均匀的耀斑——总共17次,间隔约114天。每次耀斑在大约5天内达到其亮度的顶峰,然后逐渐变暗。

星系ESO 253 - 3

这张活跃星系ESO 253-3的图像是由欧洲空间天文台的多单元光谱探测器拍摄的,作为全天候缪斯附近星系超新星积分场巡天(有趣)的一部分。ESO 253-3显示了科学家们在一个活跃的星系中发现的最可预测和最频繁的耀斑。资料来源:迈克尔·塔克(夏威夷大学)和这份有趣的调查

佩恩和她的同事预测,该星系将在2020年5月17日再次爆发,因此他们协调了地面和天基设备的联合观测,包括Swift的多波长测量。刺客-14ko准时爆发。该小组随后在9月7日和12月20日预测并观测到了随后的耀斑。

研究人员还使用TESS的数据对之前的耀斑进行了详细的观察。TESS每次观测被称为扇区的天空区域大约有一个月的时间。在任务的头两年中,摄像机每30分钟收集一次整个区域的图像。通过这些快照,该研究小组得出了从2018年11月7日开始的耀斑的精确时间线,跟踪了它的出现、亮度上升到峰值,然后非常详细地下降。

“TESS提供了一幅关于那个特殊耀斑的非常全面的照片,但由于任务拍摄天空的方式,它不能观察到所有的耀斑,”合著者Patrick Vallely说,他是ASAS-SN团队成员,也是俄勒冈州立大学国家科学基金会研究生研究员。ASAS-SN收集的个人情绪爆发的细节较少,但提供了较长的基线,这在本案中至关重要。这两项调查相互补充。”

Payne和她的团队利用ASAS-SN、TESS、Swift和其他天文台(包括美国宇航局的NuSTAR和欧洲航天局的XMM-Newton)的测量数据,对重复的耀斑提出了三种可能的解释。

其中一种情况涉及到在星系中心绕超大质量黑洞运行的两个圆盘之间的相互作用。最近的测量,也在科学审查中,表明该星系确实有两个这样的物体,但它们的轨道距离不够近,不足以解释耀斑的频率。

该团队考虑的第二种情况是,一颗恒星通过一个倾斜轨道穿过一个黑洞的圆盘。在这种情况下,科学家们会期望看到不对称形状的耀斑,当恒星在黑洞的两侧两次扰动圆盘时产生的。但这个星系的耀斑都有相同的形状。

第三种情况,也是该小组认为最有可能发生的情况,是部分潮汐中断事件。

当一颗不幸的恒星离黑洞太近时,就会发生潮汐中断事件。引力产生强烈的潮汐,将恒星分裂成一股气体流。流的尾部脱离系统,而前端绕着黑洞旋转。当释放的气体撞击黑洞的吸积盘时,天文学家看到这些事件产生的明亮耀斑。

在这种情况下,天文学家认为,该星系的一个特大质量黑洞,其质量约为太阳的7800万倍,部分地破坏了一颗绕轨道运行的巨星。这颗恒星的轨道不是圆形的,每当它经过最接近黑洞的地方时,它会向外膨胀,脱落质量,但不会完全分裂。每一次碰撞都带走了大约三倍质量的气体木星

天文学家不知道耀斑会持续多久。这颗恒星不可能永远失去质量,虽然科学家们可以估计它在每次轨道运行过程中失去的质量,但他们不知道在破坏开始前它有多少质量。

佩恩和她的团队计划继续观察该事件的预测爆发,包括即将到来的2021年4月和8月。他们还可以检查TESS的另一项测量结果,后者用更新的卫星捕捉到了12月20日的耀斑10分钟快照。

戈达德TESS项目科学家帕迪·博伊德(Padi Boyd)说:“TESS的设计初衷是为了发现太阳系以外的世界。”但这次任务也让我们了解了更多关于我们自己星系中的恒星,包括它们是如何脉冲eclipse对方。在遥远的星系中,我们看到恒星结束了生命超新星爆炸。TESS之前甚至观察到了一个完整的潮汐中断事件。我们一直期待着下一次令人兴奋和惊讶的发现。”

参考:Anna V. Payne, Benjamin J. Shappee, Jason T. Hinkle, Patrick J. Vallely, Christopher S. Kochanek, Thomas W.-S.“ASASSN-14ko是ESO 253-G003中的周期性核瞬态”Holoien,凯蒂Auchettl, k . z斯坦内克,托德·a·汤普森,杰克·m·m·迈克尔·a·塔克,詹姆斯d·阿姆斯特朗,约瑟夫•Brimacombe保罗Cacella,罗伯特•Cornect拉里•Denneau迈克尔·m·Fausnaugh Heather Flewelling Dirk Grupe, A.N.海因策,劳拉·a·洛佩兹,叫Monard,何塞·l·普列托亚当·c·施耐德斯科特·s·谢泼德(John l .托尼和亨利Weiland, 2020年9月7日,天体物理学>高能天体物理现象
arXiv: 2009.03321

TESS是NASA的天体物理探索任务,由麻省理工学院位于马萨诸塞州剑桥市,由美国宇航局戈达德太空飞行中心管理。其他合作伙伴包括弗吉尼亚州福尔斯彻奇的诺斯罗普·格鲁曼公司(Northrop Grumman);美国宇航局位于加州硅谷的艾姆斯研究中心;马萨诸塞州剑桥的哈佛-史密森天体物理中心;麻省理工学院的林肯实验室;以及巴尔的摩的太空望远镜科学研究所。全世界有十多所大学、研究机构和天文台参与了这项任务。

戈达德与位于大学公园的宾夕法尼亚州立大学、位于新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室以及位于弗吉尼亚州杜勒斯的诺斯罗普·格鲁曼创新系统公司合作管理Swift任务。其他合作伙伴包括英国的莱斯特大学和Mullard空间科学实验室、布雷拉天文台和意大利航天局。

ASAS-SN由拉斯坎布瑞斯天文台运营,部分资金由戈登和贝蒂摩尔基金会提供。

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