宇宙中确实会发生释放出巨大能量的现象。例如典型的超新星爆发,能在瞬间释放出太阳约100亿年生命历程中所释放的能量。然而,还有比超新星爆发更为剧烈的能量释放现象。
夏威夷大学天文学研究所的Jason T. Hinkle等人组成的研究团队,通过分析 “盖亚” 宇宙望远镜等多个望远镜获取的观测数据,发现了两个大规模的能量释放现象。结合过去研究已发现的另一天文现象,Hinkle等人提出这三个天文现象属于新的分类,并将其命名为 “ENT(Extreme Nuclear Transient)” 。目前尚无确定的中文译名,本文将ENT称为 “银河核极限突发现象” 。
如新闻稿中所比喻的 “大爆炸以来最大的爆炸”,银河核极限突发现象是观测史上最大的爆发性能量释放现象。在短短一年内,它释放出的能量是典型超新星爆发的100倍、最大超新星爆发的25倍、银河系中心其他现象的2倍以上,是极为极端的现象。
太阳每秒释放的能量,相当于全世界440万年的电力消费量,且这一过程预计持续约100亿年。但宇宙中存在无数现象,其释放的能量远超太阳,且时间极短。从远处看,这类短时间内释放巨大能量的天文现象,会突然出现,存在时间短暂,随后消失。这类活动的天体被称为 “突发天体(Transient source)” 。
例如,大质量恒星在生命末期引发的超新星爆发,就是一种著名的爆发性能量释放现象。一般认为,典型超新星爆发释放的能量,等同于太阳100亿年释放的能量总和。
随着研究进展,陆续发现了比超新星爆发释放能量更惊人的现象。比如,超新星爆发中的 “超高亮度超新星(SLSNe; Superluminous supernovae)” 类型,释放的能量是典型超新星爆发的4倍。
此外,银河系中心的超大质量黑洞在吞噬恒星等大质量物质的过程中,有时会发生释放更大能量的 “潮汐破坏现象(Tidal disruption events)” 。
银河系中心的银核,存在质量为太阳数百万倍至数百亿倍的 “超大质量黑洞” 。当这类黑洞吸引恒星时,潮汐力会将恒星撕裂。此时,破碎产生的气体形成环绕黑洞的吸积盘,在重力和摩擦作用下被压缩、加热,释放出大量电磁波。从远处看,就像发生了爆炸,释放出巨大能量。
但银河系中心突发大规模能量释放现象的实际情况,仍不明确。因其发生概率远低于超新星爆发,观测数量少。若要弥补这一不足,需寻找爆发概率更高的年轻星系,或增加观测数量,这就需要观测遥远宇宙中过去时代的星系。然而,星系越远,视亮度越低,获取详细观测数据变得困难。
基于上述情况,即便观测到银河系中心的爆发性能量释放现象,也难以知晓其详细信息。
夏威夷大学天文学研究所的Jason T. Hinkle等人组成的研究团队,对银河系中心发生的剧烈现象展开研究。为捕捉罕见现象,他们首先分析了欧洲航天局(ESA)发射、近期刚结束运行的 “盖亚” 宇宙望远镜的数据,依据某些标准搜寻突发天体。
结果显示,被命名为 “Gaia16aaw(AT2016dbs)” 和 “Gaia18cdj(AT2018fbb)” 的两个突发天体,可能具有有趣特性。Hinkle等人认为,2023年两个独立研究团队关注并发表论文的 “AT2021lwx(ZTF20abrbeie)” ,与Gaia16aaw、Gaia18cdj属同一现象,一并纳入研究对象。ZTF20abrbeie因其目录名末尾字符串,有 “恐怖芭比(Scary Barbie)” 的俗称。
仅依靠盖亚的观测数据,能获取的信息有限。因此,Hinkle等人获取了卡塔利娜实时瞬变天体巡天(Catalina Real-Time Transient Survey)、广域红外线探查机(WISE)、小行星地球碰撞最终警报系统(ATLAS)等多个天文台和观测卫星的观测数据档案,探寻天体现象的细节。
分析结果表明,这三个天文现象均发生在距今77 – 81亿年前,即宇宙年龄约一半的时期。尽管这些现象发生在距离地球106 – 113亿光年的极远处,却仍被捕捉到,这暗示着极端强烈的能量释放现象。
对观测数据的分析表明,这三个天文现象的亮度达到200 – 700涧瓦特(2 – 7×10^38W) 。这一数值是太阳的数兆倍、典型超新星爆发的数万倍、银河系的数百倍。
此外,这种强烈的能量释放至少持续了150天,且规模基本不变,之后亮度虽逐渐降低,但在数年时间内仍可观测。其释放能量的总量估计为50 – 250载焦耳(0.5 – 2.5×10^46J) ,相当于太阳一生释放能量的100倍,或典型超新星爆发的100倍。与最亮的超新星爆发相比,能量释放量更是多出25倍。由此可见,仅用超新星爆发难以解释此次分析的天文现象。
基于分析结果,Hinkle等人认为这三个天文现象源于黑洞吸引恒星大小物质所引发的潮汐破坏现象。但此次分析的三个天文现象,与过去在银核观测到的任何能量释放事件相比,释放的能量至少多出2倍,是观测史上最具爆发性的能量释放现象。根据分析结果推测,这一天文现象可能是由质量超过太阳1亿倍的超大质量黑洞,在吞噬质量超过太阳3倍的恒星过程中产生的。
由此,Hinkle等人认为该天文现象应归为新的类别,并提出 “银河核极限突发现象(ENT; Extreme Nuclear Transient)” 这一新名称。数年的时间尺度,从人类的感觉来看似乎很长,但从天文学角度而言,与数秒无异,是瞬间发生的事件。由于该现象在短时间内释放出大量能量,夏威夷大学将其描述为 “大爆炸以来最大的爆炸” 。
观测到的银河核极限突发现象发生在约80亿年前,当时的宇宙比现在年轻得多,这一点值得关注。那个时代的星系生成的恒星数量远多于现在,被黑洞吞噬的恒星数量也可能更多。也就是说,如果追溯到更早的时代,可能会发现更多的银河核极限突发现象。
约80亿年前,从我们日常感觉来看似乎是非常遥远的过去,但从天文学角度来说,是相当近的时代。此次研究对银河核极限突发现象的定义,意味着在未来观测中,更容易发现更古老时代的此类现象。捕捉123 – 129亿年前宇宙中发生的银河核极限突发现象并非不可能。若能捕捉到更多此类现象,将更深入地了解这一极端天文现象的本质。