中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)天文學(xué)系蔣凝、王挺貴、孔旭等組成的研究團隊近期發(fā)現(xiàn)黑洞潮汐撕裂恒星事件(TDE)事件AT2022dbl的再次爆發(fā)，并迅速開展多波段后隨觀測，表明這極有可能源于超大質(zhì)量黑洞重復(fù)潮汐撕裂同一顆恒星，且每次行為特征與一般典型的TDE事件完全不可區(qū)分。這是首個獲得光譜認(rèn)證、也是迄今證據(jù)最為確鑿的重復(fù)性部分撕裂TDE事件，對研究TDE族群和物理有重要意義。相關(guān)成果于2024年8月9日以“The Unluckiest Star: A Spectroscopically Confirmed Repeated Partial Tidal Disruption Event AT 2022dbl”為題發(fā)表在國際天文期刊《The Astrophysical Journal Letters》上，并被英國知名科普雜志《New Scientist》采訪報道。

　　黑洞潮汐撕裂恒星事件(Tidal Disruption Event, TDE)是指一顆倒霉的恒星在靠近星系中心的大質(zhì)量黑洞時，被黑洞潮汐撕裂并吸積，產(chǎn)生的強烈電磁耀發(fā)。該耀發(fā)通常在數(shù)十天內(nèi)快速增亮至峰值，隨后數(shù)月至數(shù)年緩慢變暗。有意思的是，近年來發(fā)現(xiàn)有幾例TDE(候選體)在數(shù)年后又開始重新爆發(fā)，它們被認(rèn)為是重復(fù)性TDE事件候選體，黑洞每次僅僅撕裂和吸積部分恒星物質(zhì)。然而，這些候選體缺乏光變曲線之外的其他強有力觀測證據(jù)，因此未被同行廣泛認(rèn)可。

　　圖1:紫外與光學(xué)多波段的光變曲線，倒三角表示探測的上限。2022年，第一次耀發(fā)出現(xiàn)，隨后消散以至不可辨認(rèn);2年之后，同一位置再次出現(xiàn)相似的耀發(fā)。

　　基于TDE重復(fù)性爆發(fā)的不斷發(fā)現(xiàn)，研究團隊開始關(guān)注并定期更新已知TDE后續(xù)光變曲線，以期望盡早發(fā)現(xiàn)新的類似事件開展及時后隨觀測。研究團隊今年1月發(fā)現(xiàn)TDE AT 2022dbl的再次變亮之后，立即觸發(fā)了美國雨燕衛(wèi)星(Swift)和全球望遠鏡網(wǎng)絡(luò)(LCOGT)的多波段測光監(jiān)測，并利用美國帕洛瑪天文臺的海耳望遠鏡(P200)拍攝了一條高質(zhì)量的早期光譜，最終證實了這次爆發(fā)起源于TDE。有意思的是，本次耀發(fā)的光譜與第一次耀發(fā)的光譜具有極其相似的、指示恒星內(nèi)部核合成元素超豐的發(fā)射線特征，這表明兩次耀發(fā)的吸積物質(zhì)很有可能來源于同一顆恒星，從而給出重復(fù)性撕裂TDE的關(guān)鍵證據(jù)(圖2)。

　　圖2:光譜的發(fā)射線輪廓。從上至下前三條光譜與后兩條光譜分別于第一次、第二次耀發(fā)期間拍攝。涂藍色的區(qū)域表示兩次耀發(fā)中極其相似的NIII特征譜線。該譜線可通過電離恒星被瓦解后釋放出的物質(zhì)來產(chǎn)生，其重復(fù)出現(xiàn)表明TDE再次發(fā)生，而相似的輪廓和強度則暗示參與其中的很可能是同一顆恒星。

　　基于以上觀測事實，研究團隊推測，這顆“最倒霉”的恒星可能是被黑洞從雙星系統(tǒng)中拽出，被黑洞束縛在一個偏心率極高的橢圓軌道上，并在靠近黑洞時被多次潮汐撕裂并“吸食”。當(dāng)前光學(xué)TDE的研究基本都忽略了重復(fù)性部分撕裂TDE事件，然而本研究暗示此類事件概率可能并不低，而且常規(guī)TDE中有些其實是部分撕裂事件，因此對于重新認(rèn)識光學(xué)TDE的族群統(tǒng)計和物理過程有重要意義。同時，本研究也說明了TDE長期高頻監(jiān)測的重要性。值得一提的是，TDE也是我校與紫金山天文臺共建的墨子巡天望遠鏡(WFST)的核心科學(xué)目標(biāo)之一，研究團隊預(yù)期會利用WFST發(fā)現(xiàn)更多類似事件，促進我們對TDE的深入理解。

　　論文第一作者為孔旭教授和蔣凝副研究員聯(lián)合指導(dǎo)的博士研究生林哲宇，共同通訊作者為蔣凝副研究員、王挺貴教授和孔旭教授。合作單位主要有中國科學(xué)院國家天文臺、武漢大學(xué)、日本廣島大學(xué)和京都大學(xué)、印度天體物理研究所等。該項研究得到國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)院、中國載人航天工程、唐仲英基金會、安徽省等資助。