中国科大发现黑洞潮汐撕裂恒星事件全新演化现象

中国科学技术大学天文学系王挺贵教授领导的研究团队近期对黑洞潮汐撕裂恒星事件AT2023lli进行了多波段高频次监测，发现光学紫外光变曲线峰值之前出现了迄今为止最显著的“鼓包”特征，并发现X射线呈现出“间歇性”辐射的特征。这些演化新特征为揭示此类事件的物理过程提供了重要线索。相关成果3月26日以“AT2023lli: A Tidal Disruption Event with Prominent Optical Early Bump and Delayed Episodic X-Ray Emission”为题在线发表在国际天文期刊《The Astrophysical Journal Letters》上。我校与紫金山天文台去年刚刚建成的墨子巡天望远镜（WFST）对这次事件进行了持续观测，并得到了演化后期的关键测光数据。

一颗恒星偶然运动到星系中心大质量黑洞附近时，它会被黑洞强大的潮汐力所撕裂并被吸积，产生多波段电磁耀发，持续几个月到几年，这种现象称作黑洞潮汐撕裂恒星事件（Tidal Disruption Event, TDE）。TDE发现后需要利用地面与空间望远镜对其及时开展观测，获得测光和光谱演化信息，进而推断发生的主要物理过程及黑洞参数。本次对AT 2023lli的观测动用了国内的WFST、云南天文台丽江观测站2.4米望远镜以及国际上的全球望远镜网络（LCOGT）、美国NASA的雨燕卫星（Swift）、欧空局的XMM-牛顿卫星、美国帕洛玛天文台海耳望远镜（P200）等大中型望远镜。图1是该源的光学图像。

图 1 AT2023lli的光学图像。光学峰值附近使用了LCOGT进行观测，在后期变暗时使用了“墨子巡天望远镜”（WFST）对其进行监测，此时一般的望远镜已经很难观测到。

以往发现的TDE其光变曲线都呈现出较为光滑的“快上升，慢下降”的趋势，但是AT 2023lli却显然是个“异类”。光学监测结果显示它在光变上升的早期出现了一个很强的“鼓包”，该“鼓包”持续了近一个月，距离主峰的时间间隔长达两个月之久，这是截至目前TDE中最为明显且时间间隔最长的“鼓包”（见图2）。研究团队在通过对多波段光变曲线进行分析之后认为，如此奇特的光学“鼓包”很可能是恒星被撕裂后的碎片由于广义相对论效应而发生撞击引起的。此外，双星系统被黑洞撕裂也是一种可能，两次撕裂过程分别产生了“鼓包”和主峰。

图 2 AT 2023lli的多波段光变曲线。紫外和光学上升期间存在着非常强的“鼓包”，X射线在紫外和光学光变衰减的过程被探测到，但是呈现出“间歇性”的辐射。

研究人员在第一种图像下，对X射线延迟于紫外光学辐射并出现“间歇性”辐射的现象进行了解释。研究团队认为，碎片流撞击除了产生“鼓包”之外，还产生了外流抛射物，这些物质把吸积盘内区遮蔽，并吸收了软X射线光子，通过再处理过程将其转化成紫外光学辐射。由于遮蔽物质分布不均匀，后期局部开始变得光学薄，使得X射线“泄漏”出来，又因为物质围绕黑洞运动，导致了“间歇性”特征（见图3）。

图 3 AT 2023lli的X射线“间歇性”辐射产生的示意图。

本项研究说明多波段、高频次采样的光变曲线对于研究TDE物理非常重要。WFST在本次研究中充分体现了其灵敏度优势，提供了演化晚期高质量的多色测光信息。未来WFST高频次深场的独特巡天设计将同时利用WFST的大视场优势，并联合今年1月刚发射成功的中国科学院先导专项卫星爱因斯坦探针（Einstein Probe）等，有望在包括TDE在内的暂现源研究方面取得重大发现。