中國科學技術大學天文學系王挺貴教授領導的研究團隊近期對黑洞潮汐撕裂恒星事件AT2023lli進行了多波段高頻次監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)光學紫外光變曲線峰值之前出現(xiàn)了迄今為止最顯著的“鼓包”特征，并發(fā)現(xiàn)X射線呈現(xiàn)出“間歇性”輻射的特征。這些演化新特征為揭示此類事件的物理過程提供了重要線索。相關成果3月26日以“AT2023lli: A Tidal Disruption Event with Prominent Optical Early Bump and Delayed Episodic X-Ray Emission”為題在線發(fā)表在國際天文期刊《The Astrophysical Journal Letters》上。我校與紫金山天文臺去年剛剛建成的墨子巡天望遠鏡（WFST）對這次事件進行了持續(xù)觀測，并得到了演化后期的關鍵測光數(shù)據(jù)。
一顆恒星偶然運動到星系中心大質(zhì)量黑洞附近時，它會被黑洞強大的潮汐力所撕裂并被吸積，產(chǎn)生多波段電磁耀發(fā)，持續(xù)幾個月到幾年，這種現(xiàn)象稱作黑洞潮汐撕裂恒星事件（Tidal Disruption Event, TDE）。TDE發(fā)現(xiàn)后需要利用地面與空間望遠鏡對其及時開展觀測，獲得測光和光譜演化信息，進而推斷發(fā)生的主要物理過程及黑洞參數(shù)。本次對AT 2023lli的觀測動用了國內(nèi)的WFST、云南天文臺麗江觀測站2.4米望遠鏡以及國際上的全球望遠鏡網(wǎng)絡（LCOGT）、美國NASA的雨燕衛(wèi)星（Swift）、歐空局的XMM-牛頓衛(wèi)星、美國帕洛瑪天文臺海耳望遠鏡（P200）等大中型望遠鏡。圖1是該源的光學圖像。
圖 1 AT2023lli的光學圖像。光學峰值附近使用了LCOGT進行觀測，在后期變暗時使用了“墨子巡天望遠鏡”（WFST）對其進行監(jiān)測，此時一般的望遠鏡已經(jīng)很難觀測到。
以往發(fā)現(xiàn)的TDE其光變曲線都呈現(xiàn)出較為光滑的“快上升，慢下降”的趨勢，但是AT 2023lli卻顯然是個“異類”。光學監(jiān)測結(jié)果顯示它在光變上升的早期出現(xiàn)了一個很強的“鼓包”，該“鼓包”持續(xù)了近一個月，距離主峰的時間間隔長達兩個月之久，這是截至目前TDE中最為明顯且時間間隔最長的“鼓包”（見圖2）。研究團隊在通過對多波段光變曲線進行分析之后認為，如此奇特的光學“鼓包”很可能是恒星被撕裂后的碎片由于廣義相對論效應而發(fā)生撞擊引起的。此外，雙星系統(tǒng)被黑洞撕裂也是一種可能，兩次撕裂過程分別產(chǎn)生了“鼓包”和主峰。
圖 2 AT 2023lli的多波段光變曲線。紫外和光學上升期間存在著非常強的“鼓包”，X射線在紫外和光學光變衰減的過程被探測到，但是呈現(xiàn)出“間歇性”的輻射。
研究人員在第一種圖像下，對X射線延遲于紫外光學輻射并出現(xiàn)“間歇性”輻射的現(xiàn)象進行了解釋。研究團隊認為，碎片流撞擊除了產(chǎn)生“鼓包”之外，還產(chǎn)生了外流拋射物，這些物質(zhì)把吸積盤內(nèi)區(qū)遮蔽，并吸收了軟X射線光子，通過再處理過程將其轉(zhuǎn)化成紫外光學輻射。由于遮蔽物質(zhì)分布不均勻，后期局部開始變得光學薄，使得X射線“泄漏”出來，又因為物質(zhì)圍繞黑洞運動，導致了“間歇性”特征（見圖3）。
圖 3 AT 2023lli的X射線“間歇性”輻射產(chǎn)生的示意圖。
本項研究說明多波段、高頻次采樣的光變曲線對于研究TDE物理非常重要。WFST在本次研究中充分體現(xiàn)了其靈敏度優(yōu)勢，提供了演化晚期高質(zhì)量的多色測光信息。未來WFST高頻次深場的獨特巡天設計將同時利用WFST的大視場優(yōu)勢，并聯(lián)合今年1月剛發(fā)射成功的中國科學院先導專項衛(wèi)星愛因斯坦探針（Einstein Probe）等，有望在包括TDE在內(nèi)的暫現(xiàn)源研究方面取得重大發(fā)現(xiàn)。
論文的第一作者為天文學系的博士后黃石鋒，共同通訊作者為蔣凝副研究員和王挺貴教授。合作單位主要有中國科學院紫金山天文臺、廣西大學、云南天文臺、美國加州理工學院等。
該項研究得到科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委、中國科學院基礎與交叉前沿科研先導專項、安徽省自然科學基金、中國載人航天工程和唐仲英基金會等資助。
論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad319f
WFST科學白皮書：https://link.springer.com/article/10.1007/s11433-023-2197-5
（物理學院天文學系、科研部）
