黑洞是天体物理学家研究最多但理解最少的宇宙现象之一。虽然严格意义上来说,黑洞并不是一个“洞”,但它们的名字来源于这样一个事实:包括光在内的任何东西都无法逃脱其巨大的引力场。虽然黑洞本身不会发光,但当它们附近的任何气体螺旋进入事件视界时,它们都会变得非常热和明亮——事件视界是距离黑洞很远的地方,引力场非常大,光无法逃脱——当黑洞吞噬恒星时,这种气体可以偶尔得到补充。
当恒星足够接近超大质量黑洞 (SMBH) 时,它会被拉开。部分被潮汐力摧毁的物质会落入黑洞,形成一个非常热、非常明亮的物质盘,称为吸积盘,然后坠入视界。这一过程被称为潮汐力破坏事件 (TDE),它提供了一个光源,科学家可以用强大的望远镜观察并分析它。
为了更多地了解超大质量黑洞,研究潮汐破坏现象的物理学家中包括文理学院教授Eric Coughlin。2023年,他与麻省理工学院研究科学家 Dheeraj R.“DJ”Pasham 和时任欧洲南方天文台研究员的 Thomas Wevers 一起参与了一项开创性研究。他们提出了一个重复性部分潮汐破坏现象的模型,即恒星被超大质量黑洞捕获,但恒星的高密度核心并没有被彻底摧毁,而是幸存了下来,使其能够绕黑洞运行不止一次。他们的研究结果首次使用详细模型绘制了恒星绕超大质量黑洞的惊人返回轨道——揭示了有关宇宙最极端环境之一的新信息。
物理学家考夫林参与了此次 TDE 期间黑洞周围形成的吸积流的性质、恒星的半径和质量以及超大质量黑洞的质量和自旋的研究。由于黑洞的自旋可以通过它们从环境中吸积的方式进行改变,考夫林指出,这项研究填补了理解黑洞演化和行为的另一个难题。例如,如果宇宙中的许多黑洞都在快速旋转,则表明物质在宇宙学时间尺度上从同一方向持续涌入黑洞。另一方面,如果黑洞并非全部都在快速旋转(或只有极少数黑洞如此),则表明黑洞会间歇性地、零星地生长。
考夫林在谈到这项研究时表示:“这些过程的发生与星系的形成和演化息息相关,因此测量黑洞自旋可以间接地告诉我们星系和宇宙在大尺度上的气体动力学特性。”这项研究为高节奏监测(在短时间内进行多次观测)铺平了道路,如果能在早期探测到黑洞,就有可能揭示黑洞的基本特性。
“像维拉·C·鲁宾天文台这样的新技术将使我们能够比以往更深入地探索宇宙。我们希望这项研究能够为快速跟踪更多潮汐瓦解事件的 X 射线提供依据。如果我们能做到这一点,那么理想情况下,我们可以开始通过潮汐瓦解事件来探测黑洞的自旋。”