潮汐瓦解事件（TDEs）是指當星系中心的黑洞將一顆鄰近恆星吸近，潮汐力將其撕成碎片，釋放出巨大能量的過程。自 1990 年代以來，科學家已探測到約 100 起此類事件，通常表現爲在無塵或低塵星系中閃耀的 X 射線或可見光。
近日，來自麻省理工學院、哥倫比亞大學及其他機構的天文學家們，利用美國宇航局的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（JWST），穿透附近星系的塵埃，窺探到了黑洞“吞噬恆星”之後的餘波。
在之前的工作中，該團隊發現，TDE 釋放的大部分 X 射線和可見光會被星系塵埃遮擋，傳統望遠鏡難以捕捉。然而，同一次爆發也會加熱周圍塵埃，產生新的信號——紅外輻射。
基於此，研究團隊利用世界最強紅外探測器韋伯望遠鏡，對四個“塵霧重重”的星系進行觀測。在塵埃之中，韋伯望遠鏡清晰地檢測到了恆星殘骸等物質在黑洞周圍旋轉並最終被吞噬的過程。望遠鏡還捕捉到與通常的活躍星系（中心黑洞持續吸積物質）截然不同的塵埃輻射模式。
綜合觀測結果，研究人員確認這四個星系均曾發生潮汐瓦解事件，並推斷這些事件並非源自持續活躍的超大質量黑洞，而是原先幾乎處於休眠狀態的黑洞，直到一顆恆星近距離掠過而被“喚醒”。
“這是韋伯望遠鏡首次觀測到的潮汐瓦解事件，它們與我們以往看到的任何現象都截然不同，”論文第一作者、麻省理工學院卡弗裏天體物理與空間研究所的研究生 Megan Masterson表示。“我們已經確認這些事件確實是由黑洞吸積驅動的，但它們的環境與常見活躍黑洞周圍的環境並不相同。如今，我們終於可以研究休眠黑洞所處的真實環境，這令人十分興奮。”
該研究的麻省理工學院作者還包括 Christos Panagiotou、Erin Kara、Anna-Christina Eilers，以及哥倫比亞大學的 Kishalay De 和其他多家機構的合作者。本研究部分由 NASA 資助。
藉助哥倫比亞大學合作者 Kishalay De 開發的算法，研究團隊此前利用另一臺紅外探測器——NASA 近地天體廣域紅外巡天探測器（NEOWISE）進行了長達十年的探測研究。
研究團隊在 NEOWISE 長達十年的數據中搜尋在原本寧靜的星系中突然出現的紅外輻射峯值。這些短暫閃光可能是黑洞短暫甦醒、吞噬路過恆星的信號。當時搜索共發現了約 12 個這樣的信號，團隊判斷它們很可能源自潮汐瓦解事件。
“在那項研究中，我們找到了這 12 個看起來完全像 TDE 的源，”Masterson 說。“我們提出了許多論據：信號能量極高，且這些星系此前並不活躍，因此必然是突發的 TDE 所致。但除了零散線索外，並沒有直接證據。”
憑藉韋伯望遠鏡遠高於 NEOWISE 的靈敏度，研究人員希望分辨出特定波長的紅外輻射，它們將成爲潮汐瓦解事件相關條件的明確“指紋”。
在新工作中，團隊專門尋找一種僅由黑洞吸積產生的紅外峯值。黑洞吸積是指物質在旋轉的氣盤中被拉向黑洞的過程。該吸積盤釋放出巨量輻射，強度足以將單個原子中的電子踢出。尤其是，這種吸積過程會把氖原子的多個電子轟離，形成的離子隨後躍遷，在韋布望遠鏡能夠探測的極特定波長上發出紅外輻射。
“除了黑洞吸積，宇宙中沒有任何機制能把氣體激發到這種能量。”Masterson 表示。
研究人員在他們之前鎖定的 12 個 TDE 候選體中，挑出 4 個進一步驗證。這 4 個信號包括：迄今最近的一起潮汐瓦解事件，發生在約 1.3 億光年外的星系；一起同時出現 X 射線爆發的 TDE；一個可能源於氣體以極高速度繞中心黑洞旋轉產生的信號；以及一個曾被認爲是超新星（瀕死恆星坍縮）而非 TDE 的光學閃變。
“這 4 個信號是我們最接近‘板上釘釘’的案例，”Masterson 說，“但韋布數據讓我們能夠明確地說它們就是真正的 TDE。”
在 Kishalay 設計的觀測計劃下，團隊用韋伯指向這 4 個星系，結果在全部四個源中都觀測到決定性的光譜線。這些測量證實，所有四個星系都出現了黑洞吸積。但問題仍在：這種吸積是由潮汐瓦解觸發、黑洞短暫甦醒併吞噬恆星的臨時現象？還是活躍黑洞長期吸積的常態特徵？若是後者，則 TDE 的可能性就小得多。
爲區分這兩種情形，團隊利用韋布探測了另一段紅外波長，該波長指示硅酸鹽亦即星系塵埃的存在。隨後，他們在每個星系中繪製了塵埃分佈圖，並與已知中心黑洞持續吸積的活躍星系進行對比——後者的塵埃通常呈團塊、甜甜圈狀。Masterson 發現，這四個源的塵埃模式與典型活躍星系截然不同，表明這些星系中心的黑洞平常並不活躍，而是處於休眠狀態。因此，如果吸積盤確實形成，那必定是一次潮汐瓦解事件的結果。
“綜合來看，這些觀測說明這些耀斑只能是 TDE。”Masterson 表示。
其與合作者計劃繼續利用 NEOWISE、韋伯及其他紅外望遠鏡，挖掘更多此前被隱藏的潮汐瓦解事件。足夠多的樣本將使 TDE 成爲探測黑洞性質的有效探針。例如，恆星被撕裂的比例、殘骸被吸積和吞噬的速率，都能揭示黑洞的基本屬性，如質量和自旋。
“黑洞吞噬全部恆星物質的過程其實耗時很長，”Masterson 說，“並非瞬間完成。希望我們能開始測量這一過程持續多久，以及那環境究竟長什麼樣。沒人真正知道，因爲我們纔剛剛着手發現和系統研究這些事件。”
原文鏈接：
1.https://news.mit.edu/2025/astronomers-discover-star-shredding-black-holes-hiding-in-dusty-galaxies-0724
