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。与那些活跃地吞噬周围物质的活跃星系核不同，宇宙中还存在着大量的休眠黑洞。这些黑洞平时悄无声息，只有当一颗倒霉的恒星过于靠近时，它们才会短暂地苏醒，上演一幕惊心动魄的“饕餮盛宴”。
近期，麻省理工学院（MIT）的科学家们利用美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦布空间望远镜（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。这项研究发表在《天体物理学杂志快讯》上，为我们揭示了宇宙中潜藏的“恒星粉碎者”的真面目。
潮汐瓦解事件：黑洞的“饕餮盛宴”
当一颗恒星过于靠近星系中心的黑洞时，黑洞强大的潮汐力会将恒星撕裂成碎片，这一过程被称为潮汐瓦解事件（TDE）。在这个过程中，会释放出巨大的能量，形成耀眼的光芒。自20世纪90年代以来，科学家们已经观测到了大约100起潮汐瓦解事件，但这些事件大多发生在尘埃稀少的星系中，以X射线或可见光的形式被观测到。
然而，麻省理工学院的研究人员此前报告称，宇宙中可能存在着更多的恒星粉碎事件，它们隐藏在多尘、气体弥漫的星系中。星系中的尘埃会吸收潮汐瓦解事件释放出的X射线和可见光，使得传统的光学和X射线望远镜难以观测到它们。不过，这些被尘埃吸收的能量会加热尘埃，使其发出红外光。因此，红外望远镜成为了观测这些隐藏的潮汐瓦解事件的理想工具。
詹姆斯·韦布空间望远镜：揭开尘埃背后的秘密
詹姆斯·韦布空间望远镜是目前世界上最强大的红外探测器。麻省理工学院的研究团队利用JWST，对四个先前被怀疑发生过潮汐瓦解事件的尘埃星系进行了观测。通过分析JWST的观测数据，研究人员在这些星系的尘埃中发现了黑洞吸积的明确证据。黑洞吸积是指物质（如恒星碎片）围绕黑洞旋转并最终落入黑洞的过程。此外，研究人员还发现，这些星系中的尘埃分布模式与活跃星系存在显著差异。
这些观测结果证实，这四个星系中确实发生了潮汐瓦解事件。更重要的是，研究人员发现，这些事件并非由活跃黑洞引起，而是由休眠黑洞引起的。这些黑洞在吞噬恒星之前几乎没有任何活动。
这项新的研究成果展示了JWST在研究隐藏的潮汐瓦解事件方面的巨大潜力，有助于科学家们揭示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、该研究的第一作者梅根·马斯特森表示：“这些是JWST对潮汐瓦解事件的首次观测，它们与我们以往见过的任何景象都截然不同。我们已经了解到，这些事件确实是由黑洞吸积驱动的，而且它们看起来不像正常活跃黑洞周围的环境。我们现在能够研究休眠黑洞环境的真实面貌，这是一个令人兴奋的发现。”
红外巡天：寻找宇宙中的“恒星粉碎者”
这项新的研究建立在该团队先前使用NASA的近地天体广域红外探测器（NEOWISE）进行的巡天工作的基础上。研究团队利用哥伦比亚大学的 Kishalay De 开发的一种算法，对NEOWISE十年来的数据进行了搜索，寻找红外“瞬变源”，即来自原本平静的星系的短暂红外活动峰值。这些峰值可能标志着黑洞短暂苏醒并吞噬过往恒星的事件。通过搜索，研究小组发现了大约十几个信号，他们认为这些信号很可能是由潮汐瓦解事件产生的。
“在那项研究中，我们发现了这12个看起来很像TDE的源，”马斯特森说。“我们提出了很多论点，说明这些信号能量非常高，而且这些星系以前看起来并不活跃，所以这些信号一定是来自突然发生的TDE。但除了这些小线索之外，没有直接的证据。”
光谱指纹：揭示黑洞吸积的秘密
借助JWST强大的观测能力，研究人员希望能够辨别出关键的“谱线”，即特定波长的红外光，这些谱线将是与潮汐瓦解事件相关的条件的明确标志。
“使用NEOWISE，就好像我们的眼睛只能看到红光或蓝光，而使用JWST，我们看到的是完整的彩虹，”马斯特森说。
在这项新的研究中，研究小组专门寻找红外峰值，这种峰值只能由黑洞吸积产生——物质在气体环绕的圆盘中被吸向黑洞的过程。这个圆盘会产生大量的辐射，其强度之高足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轰击出几个电子，由此产生的离子可以跃迁，以JWST可以探测到的非常特定的波长释放红外辐射。
“宇宙中没有任何其他东西可以激发这种气体达到这些能量，除了黑洞吸积，”马斯特森说。
研究人员在他们之前确定的12个TDE候选者中的四个中寻找这种确凿的信号。这四个信号包括：迄今为止探测到的最近的潮汐瓦解事件，位于距离地球约1.3亿光年的一个星系中；一个也表现出X射线爆发的TDE；一个可能由气体以极高的速度围绕中心黑洞旋转产生的信号；以及一个也包括光学闪光的信号，科学家们之前曾怀疑这是一个超新星，或一颗垂死恒星的坍缩，而不是潮汐瓦解事件。
“这四个信号是我们能得到的最接近确定的东西，”马斯特森说。“但是JWST数据帮助我们明确地说这些是真正的TDE。”
尘埃地图：区分活跃黑洞和休眠黑洞
当研究小组将JWST指向每个四个信号的星系时，在De设计的一个程序中，他们观察到所有四个源中都出现了明显的谱线。这些测量证实，黑洞吸积发生在所有四个星系中。但问题仍然存在：这种吸积是暂时的特征，是由潮汐瓦解和黑洞短暂醒来吞噬一颗过往恒星引发的吗？或者这种吸积是“活跃”黑洞的更永久的特征，它们总是开启的？在后一种情况下，潮汐瓦解事件发生的可能性较小。
为了区分这两种可能性，研究小组使用JWST数据来检测另一种波长的红外光，这表明星系中存在硅酸盐或尘埃。然后，他们绘制了这四个星系中每一个的尘埃图，并将这些模式与已知在中心黑洞周围存在块状甜甜圈状尘埃云的活跃星系的模式进行比较。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不活跃，而是休眠的。研究人员得出结论，如果在一个这样的黑洞周围形成一个吸积盘，那一定是潮汐瓦解事件的结果。
“总而言之，这些观察结果表明，这些耀斑唯一可能的原因是TDE，”马斯特森说。
她和她的合作者计划利用NEOWISE、JWST和其他红外望远镜，发现更多以前隐藏的潮汐瓦解事件。他们说，通过足够的探测，TDE可以作为黑洞属性的有效探测器。例如，一颗恒星有多少被撕碎，以及它的碎片被吸积和消耗的速度有多快，可以揭示黑洞的基本属性，例如它的质量有多大以及它的旋转速度有多快。
“黑洞吞噬所有这些恒星物质的实际过程需要很长时间，”马斯特森说。“这不是一个瞬时过程。我们希望能够开始探测这个过程需要多长时间，以及那个环境是什么样的。没有人知道，因为我们才刚刚开始发现和研究这些事件。”
通过对这些“恒星粉碎者”的研究，我们能够更深入地了解黑洞的性质，以及它们在星系演化中所扮演的角色。未来的观测和研究将进一步揭示这些宇宙“隐士”的秘密，为我们描绘出一幅更加完整和动态的宇宙图景。
