在浩瀚的宇宙中，黑洞一直以其神秘和强大的引力吸引着天文学家的目光。与那些持续吞噬周围物质的活跃星系核不同，有些黑洞则显得相对安静，它们潜伏在星系的中心，只有当一颗倒霉的恒星过于靠近时，才会短暂地苏醒，上演一场惊心动魄的“饕餮盛宴”。
一篇发表在《天体物理学快报》上的研究报告中，来自麻省理工学院（MIT）、哥伦比亚大学以及其他机构的天文学家们利用美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST），首次穿透了附近星系弥漫的尘埃，观测到了黑洞吞噬恒星后的景象——潮汐瓦解事件（Tidal Disruption Events，TDEs）。
潮汐瓦解事件：宇宙中的罕见盛宴
自20世纪90年代以来，科学家们已经观测到约100起潮汐瓦解事件。这些事件通常表现为X射线或可见光在相对干净的星系中突然闪耀。然而，麻省理工学院的研究人员最近的一项研究表明，宇宙中可能存在更多隐藏在尘埃和气体中的恒星撕裂事件，这些事件的光芒被星系中的尘埃所掩盖，难以被传统的X射线或光学望远镜观测到。
此前的研究中，该团队发现，潮汐瓦解事件释放出的大部分X射线和可见光会被星系中的尘埃吸收，因此无法被观测到。但是，这些被吸收的光线会加热周围的尘埃，从而产生新的信号——红外光。
詹姆斯·韦伯空间望远镜：揭开宇宙尘埃的面纱
为了揭示这些隐藏的潮汐瓦解事件，研究人员利用了JWST强大的红外探测能力，对四个他们怀疑可能发生过潮汐瓦解事件的尘埃星系进行了观测。JWST在这些星系的尘埃中探测到了黑洞吸积的明确信号。黑洞吸积是指物质（如恒星碎片）围绕黑洞旋转并最终落入其中的过程。此外，JWST还探测到了一些与活跃星系周围尘埃截然不同的模式，在活跃星系中，中心黑洞会不断地吞噬周围的物质。
这些观测结果共同证实，在四个星系中确实发生了潮汐瓦解事件。更重要的是，研究人员得出结论，这些事件并非由活跃黑洞引起，而是由休眠黑洞引起的。这些黑洞在恒星偶然靠近之前，几乎没有任何活动。
这项新的研究成果突显了JWST在研究那些隐藏的潮汐瓦解事件方面的巨大潜力，同时也帮助科学家们揭示了活跃黑洞和休眠黑洞周围环境的关键差异。
麻省理工学院卡弗里天体物理与空间研究所的研究生、该研究的主要作者梅甘·马斯特森表示：“这些是JWST首次对潮汐瓦解事件进行的观测，它们与我们之前见过的任何情况都不同。我们已经了解到，这些事件确实是由黑洞吸积驱动的，而且它们看起来与普通活跃黑洞周围的环境不同。我们现在能够研究休眠黑洞环境的真实面貌，这确实是一个令人兴奋的发现。”
从红外光中寻找线索
这项新研究是基于该团队之前使用NASA的近地天体广域红外探测器（NEOWISE）进行的观测。利用哥伦比亚大学的基沙莱·德开发的算法，研究小组搜索了NEOWISE十年来的数据，寻找红外“瞬变现象”，即原本平静的星系中突然出现的短暂红外活动高峰，这可能是黑洞短暂苏醒并吞噬过路恒星的信号。通过搜索，他们发现了大约十几个信号，这些信号很可能由潮汐瓦解事件产生。
马斯特森说：“通过之前的研究，我们发现了12个看起来像TDE的源。我们提出了很多论据，说明这些信号能量非常高，而且这些星系之前看起来并不活跃，所以这些信号一定是来自突然发生的TDE。但除了这些零星的证据外，没有直接的证据。”
借助JWST更强大的探测能力，研究人员希望能辨别出关键的“谱线”，即特定波长的红外光，这些谱线是与潮汐瓦解事件相关的环境的明确标志。
马斯特森解释说：“使用NEOWISE，就好像我们的眼睛只能看到红光或蓝光，而使用JWST，我们则能看到完整的彩虹。”
确凿的信号
在这项新的研究中，研究小组专门寻找红外光中的一个峰值，这个峰值只能由黑洞吸积产生。黑洞吸积是指物质在一个环绕黑洞的气体盘中旋转并被吸入黑洞的过程。这个吸积盘会产生大量的辐射，这些辐射非常强烈，以至于可以将单个原子中的电子踢出。特别是，这种吸积过程可以从氖原子中踢出多个电子，由此产生的离子会发生跃迁，从而释放出JWST可以探测到的特定波长的红外辐射。
马斯特森说：“除了黑洞吸积之外，宇宙中没有任何其他东西可以将气体激发到如此高的能量状态。”
研究人员在他们之前识别出的12个TDE候选者中，寻找到了这四个确凿的信号。这四个信号包括：迄今为止探测到的最近的潮汐瓦解事件，它位于一个距离地球约1.3亿光年的星系中；一个同时显示出X射线爆发的TDE；一个可能由气体以极高的速度绕中心黑洞旋转而产生的信号；以及一个同时包含光学闪光的信号，科学家们此前曾怀疑这是一个超新星，即一颗垂死恒星的坍缩，而不是潮汐瓦解事件。
马斯特森说：“这四个信号是我们能找到的最接近确凿证据的信号。而JWST的数据帮助我们明确地确定，这些都是真正的TDE。”
当研究小组将JWST指向这四个信号各自所在的星系时，他们观察到，所有四个源都出现了明显的谱线。这些测量结果证实，所有四个星系中都发生了黑洞吸积。但问题仍然存在：这种吸积是一种暂时的现象，是由潮汐瓦解事件以及黑洞短暂苏醒吞噬过路恒星而引发的吗？还是这种吸积是“活跃”黑洞的一种更永久的特征？如果是后者，那么发生潮汐瓦解事件的可能性就会降低。
为了区分这两种可能性，研究小组利用JWST的数据探测了另一种波长的红外光，这种红外光表明星系中存在硅酸盐，也就是尘埃。然后，他们绘制了这四个星系中尘埃的分布图，并将这些模式与活跃星系的模式进行了比较。已知活跃星系在中心黑洞周围存在团块状的、甜甜圈状的尘埃云。马斯特森观察到，与典型的活跃星系相比，所有四个源都显示出非常不同的模式，这表明每个星系中心的黑洞通常并不活跃，而是处于休眠状态。研究人员由此得出结论，如果在这类黑洞周围形成了一个吸积盘，那一定是潮汐瓦解事件的结果。
马斯特森说：“这些观测结果共同表明，这些耀斑唯一可能的原因就是TDE。”
她和她的合作者计划利用NEOWISE、JWST和其他红外望远镜，发现更多之前隐藏的潮汐瓦解事件。他们表示，如果能探测到足够多的TDE，就可以将它们作为探测黑洞属性的有效工具。例如，一颗恒星被撕裂多少，以及它的碎片被吸积和吞噬的速度有多快，这些都可以揭示黑洞的基本属性，比如它的质量有多大，以及它的自转速度有多快。
马斯特森说：“黑洞吞噬所有这些恒星物质的实际过程需要很长时间。这并不是一个瞬时过程。我们希望能开始探测这个过程需要多长时间，以及那里的环境是什么样的。因为我们才刚刚开始发现和研究这些事件，所以没有人知道。”
