如果把一颗恒星扔向黑洞，会发生什么？事情变得一团糟

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Robert Lea）：“当你把一颗恒星扔向黑洞时会发生什么？”这不是我们在地球上可以物理回答的问题。

幸运的是，真正的黑洞和恒星不能在实验室里一起被粉碎！然而，科学家们可以使用先进的超级计算机建模来模拟一个黑洞在所谓的“潮汐破坏事件”或“TDE”中撕裂并吞噬一颗恒星。正是通过这样做，莫纳什大学的Danel Price领导的一个研究小组发现，我们的首要问题的答案是“事情变得一团糟”

普莱斯告诉Space.com：“黑洞不能吃掉那么多。就像我一样，在吃了一顿糟糕的咖喱后，很多东西都不会进入黑洞，而且大部分都会以剧烈的外流形式回来。我们在潮汐破坏事件中观察到这一点——强烈的外流、相对低温和恒温的物质以及较大的发射距离。”

一个黑洞粉碎一颗不幸的恒星并将其“像糟糕的咖喱一样”扔掉的模拟。（图片来源：uux.cn/Daniel Price（2024））

如果这还不够令人反胃，就像周六晚上涉及酒精和狡猾的布纳的不幸事件一样，黑洞在一个被称为“爱丁顿信封”的结构中被食物的反刍残骸包围着醒来

普莱斯解释说：“我们发现，在破坏过程中，黑洞被物质窒息。这是新的。”。“这是一个古老的想法，应该发生，但我们能够通过模拟气体动力学来展示它是如何发生的。”

意大利面和咖喱？难怪黑洞会生病！

当恒星过于靠近潜伏在所有大星系中心的超大质量黑洞时，就会发生TDE。

普莱斯解释说：“恒星在穿越银河系时会相互碰撞，因此它们的轨道会受到轻微扰动。只是偶尔，每10万年一次，恒星会被碰撞到足以与黑洞结合并向其坠落。”。“关键是恒星只会受到一点点撞击，所以就像彗星冲向太阳一样，它们往往会沿着抛物线轨道进入。这些很难模拟。”

一旦恒星离超大质量黑洞太近，这颗宇宙泰坦的巨大引力就会对恒星产生强大的潮汐力，使其受到水平挤压和垂直拉伸。

这个过程被称为“面条化”（我们知道我们在这里换了菜，但请坚持下去），将恒星变成明亮的恒星物质面条或“等离子体”。这就像叉子周围的面条一样包裹着毁灭性的黑洞。从这个被称为”吸积盘“的旋转扁平等离子体云中，超大质量的恒星逐渐被吞噬。

TDE过程和黑洞周围恒星碎片的旋转盘产生了强大的电磁辐射，使天文学家能够研究这些事件。

然而，围绕TDE仍有一些谜团需要回答。

模拟显示了TDE在一年内的进展情况。这里看到的是5天、110天、173天、295天和315天。（图片来源：uux.cn丹尼尔·普莱斯（2024））

为了深入了解TDE的复杂性，Price和团队使用一种名为“幻影”的先进平滑粒子流体动力学代码，对一颗恒星被超大质量黑洞潮汐扰乱进行了首次自洽模拟，以追踪由此产生的碎片在一年中的演变

普莱斯说：“从本质上讲，我们向计算机内的黑洞投掷了一颗恒星。”。“具体来说，我们花了很长时间试图正确实现爱因斯坦广义相对论的效果，该理论描述了黑洞附近的时空。

“我们的模拟为超大质量黑洞附近恒星的最后时刻提供了新的视角。”

幻影模拟显示，TDE过程中产生的恒星碎片在黑洞周围形成了一个不对称的气泡。这导致能量的再处理，产生温度较低、光度较暗的光发射。

该团队还发现，这种气体以2200万至4500万英里（每秒10000至20000公里）的速度在超大质量黑洞周围移动，大约是海平面声速的60000倍，大约是光速的7%。

普莱斯说：“这项研究有助于解释观察到的TDE的几个令人费解的性质。”。“一个很好的类比是人体：当我们吃午饭时，我们的体温变化不大；这是因为我们将午餐的能量重新加工成红外波长。

“TDE是类似的；我们大多看不到黑洞吞噬气体，因为它被以光学波长重新发射的物质窒息。我们的模拟显示了这种窒息是如何发生的。”

Price补充道，模拟中能量的再处理和黑洞的窒息解释了TDE最大的观测谜团之一，理解了为什么它们主要以光学或可见光波长而不是X射线发射。

这些发现还解释了许多其他TDE谜团，包括为什么在比预期更暗的光线下看到恒星破碎，以及为什么这种物质似乎以光速的一小部分向我们移动。

至于未来，该团队的模拟留下了很多值得思考的地方。

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