5.7亿光年外,一星系每114天喷发一次,那里在发生什么?

就像设定了闹钟一样,每隔114天,ESO 253-G003星系就会发出一次闪光,仿佛宇宙中的烟火。最近,科学家终于找到了其中的原因。
ESO 253-G003是一个距离我们大约5.7亿光年的漩涡星系,2014年11月的时候,全天体超新星自动巡天(ASAS-SN)在这里观测到了一次非常耀眼的闪光。当时科学家们按照以往的经验推测,这里大概是出现了一颗超新星。
到了2020年,当夏威夷大学马诺亚分校的天文学家Anna Payne查看这个星系的数据时,发现了另一次闪光,并且出现的位置和6年前是一样的。她马上继续查阅了其他数据,结果又发现了同一位置上的多次闪光。
最终,她一共发现了17次闪光,并且每两次之间就精确地间隔114天。于是,她按照这个规律预测它在2020年5月17日、9月7日和12月26日还会继续出现相同的闪光,最终的观测结果也验证了她的猜想。
问题来了:这里到底发生了什么呢?为何这个星系会如此稳定地发射出这样的光芒呢?
好在,发现了其中的规律性以及进行了下一次的预测,Payne和她的团队就可以提前准备。在5月份的时候,他们利用NASA强大的凌日外行星勘测卫星(TESS)进行了观测。在以往观测在波长等方面的数据基础之上,他们又获得了更加详细的观测数据。
俄亥俄州立大学的天文学家Patrick Vallely是本次研究的参与者之一,他表示:“TESS给这个闪光提供了非常全面的图像,不过由于该任务对全天进行成像的方式限制,它也无法观测到全部。ASAS-SN对于单次爆发所收集到的细节较少,但却提供了更长的基线,这对于本次研究至关重要。这两项研究,可以完美互补。”
那么,这里的光芒到底来自于什么天文现象呢?

三种猜测

  • 超新星爆发
首先,当初设想的超新星爆发是不可能了。我们知道,超新星是大质量恒星在死亡时才会出现的现象,因此一旦爆发就会消失,不可能如此有规律地反复爆发。
  • 超大质量黑洞
其次,科学家们推测这可能是ESO 253-G003的核心有一个超大质量黑洞,而这个黑洞周围有一颗恒星在围绕它公转。当恒星不小心闯入禁区时就会被黑洞吞噬,此后黑洞也可能出现有规律的光芒。
这个推测是有一定道理的,比如去年的时候,科学家们就曾经在宇宙中发现过这样的案例,一个超大质量黑洞每隔9小时就会出现一次闪光。但ESO 253-G003又有些特殊之处,因为它是一个由两个星系碰撞而融合的星系,而且目前仍处于融合的最后阶段。这意味着,它的核心处很可能有2个超大质量黑洞。
此前的理论的确指出,两个比较靠近的黑洞可以产生反复的闪光。但观测结果表明,ESO 253-G003内部的两个超大质量黑洞距离比较远,是不足以产生这个效果的。
还有一个理论,那就是黑洞在吞噬物质时形成了吸积盘,而恰好有一颗恒星在绕黑洞公转的过程中会反复穿越这个吸积盘,从而带来耀眼的光芒,这也是去年有实例被发现过的。但是,这个猜测也很快被推翻了,因为恒星会在不同位置以不同的角度穿越吸积盘,产生的光芒也应该是每一次都有所不同的,而ESO 253-G003的每一次光芒都几乎完全一致。
那么,如果这些猜测都是错误的,答案到底是什么呢?

潮汐破坏

还有一种可能,那就是潮汐破坏事件。具体来说,就是一个天体在绕另外一个极大质量的天体公转时,它在靠近后者的时候会被剥离掉一些物质。而这,很有可能就是科学家们观测到的真实情况。
他们推测,在这个星系中,可能有一颗恒星在围绕超大质量黑洞公转,其周期就恰好是114天。在公转过程中,它每隔114天就会来到近日点,在这里就会出现潮汐破坏作用,有一些物质被剥离,落入黑洞,它的本体则继续公转。
这些物质下落的时候,就会因为能量不断升高而发出光芒,这就是吸积盘发光的原理。下落的物质并不多,所以每次都只是出现一次闪光,然后就消失,每114天循环往复。
在确定了事件根源之后,研究人员将每一次闪光和已知的潮汐破坏事件进行了对比。结果表明:这个超大质量黑洞的质量达到了太阳7800万倍。在每一次达到近日点的时候,围绕它的恒星都要损失掉大约0.3%个太阳质量的物质,这个质量相当于木星的3倍,还是相当可观的。
夏威夷大学天文学研究所的天文学家Benjamin Shappee说道:“当一颗带有膨胀的包层的恒星靠近黑洞,却又没有那么近的时候,那么黑洞就会攫取它外层的一部分物质,而不会将整颗恒星撕碎。在这种情况下,这颗恒星就会不断地运行回来,直到完全灰飞烟灭。”
目前来说,研究团队也没法确定这颗恒星已经在危险的边缘运行多久了,因此也无法推测它还剩下多久的寿命。根据它的公转周期,可以知道在今年4月和8月还会有两次靠近黑洞的机会,届时研究团队也会准时观测,以求获得更多的信息。这对于我们了解超大质量黑洞的质量增加过程来说,也是一个绝佳的机会。
俄亥俄州立大学的天文学家Kris Stanek表示:“总的来说,我们确实很想了解这些黑洞及其成长过程的一些特性。能够准确地预知下一次的吞噬时间,将给我们提供前所未有的获取数据的机会,我们已经着手开始获取了。”
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