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一顆恆星，如果靠近超大質量黑洞，通常很難有好下場，黑洞強大的引力能將闖入危險範圍的恆星徹底撕碎，恆星物質隨後落向黑洞，並在這個過程中釋放出強烈光芒。這類事件稱為「潮汐瓦解事件」，但宇宙中有一些恆星，故事卻沒有在遭遇黑洞時結束。
它們靠近黑洞、失去一部分物質，隨後逃過完全毀滅的命運，繼續沿著軌道運行。過了一段時間，它們再次回來，再次被黑洞剝去一部分物質，也再次發出耀眼閃光。這種反覆發生的現象，被稱為「重複性部分潮汐瓦解事件」。
對天文學家而言，這等於宇宙提供了一場可以重複觀看的實驗。同一顆恆星與同一個超大質量黑洞反覆交會，每一次留下的光芒，都記錄著恆星又失去了多少物質。然而，觀測卻出現了一個令人費解的現象。
有些系統的閃光並沒有維持大致相同的強度，而是在恆星一次次返回之後，逐漸變得微弱。雪城大學研究團隊近日提出的新研究認為，答案可能藏在恆星本身，更準確地說，是它原本轉得有多快。
黑洞並非每次都能將恆星撕碎
當恆星靠近超大質量黑洞時，黑洞兩側受到的引力差異會形成強大的潮汐力。如果距離太近，恆星可能遭到徹底瓦解，大量碎片被黑洞捕獲。這些物質在向黑洞墜落的過程中逐漸失去能量，並在數天到數月的時間尺度上釋放光線。
如果恆星沒有進入完全毀滅的範圍，結果就完全不同，它可能只被剝掉部分物質，核心仍然保存下來。這個倖存的核心不會就此離開，而是繼續繞著黑洞運行。可能在幾個月，甚至幾年後，它再次靠近黑洞，又有一部分物質遭到剝離。如此反覆，形成了天文學家觀察到的重複性部分潮汐瓦解事件。
目前已經辨識出的這類系統大約有10個，其中4個出現了耀斑逐漸減弱的情況。表面上看，這似乎很好理解，恆星被剝掉的物質越來越少，亮度自然應該越來越低。
偏偏過去的流體力學模擬並沒有這麼簡單。研究顯示，即使恆星每次遭遇黑洞時失去的物質減少，落回黑洞的物質流速卻可能發生變化，使得預測中的耀斑峰值亮度仍大致維持在相近程度。「我們為此困惑了兩年。」研究團隊成員、雪城大學博士生阿南亞·班多帕迪亞伊如此形容，真正的關鍵可能是恆星的旋轉。
黑洞不只拉扯恆星 也會讓它轉得更快
研究人員此前已經發現，黑洞潮汐力除了能把恆星物質往外拉，還能對恆星施加扭矩。結果是，恆星每次近距離掠過黑洞後，都可能加快自轉。這件事看似只是恆星自身的變化，卻可能直接影響下一次耀斑會有多亮。
如果一顆原本自轉不快的恆星第一次接近黑洞，之後的每次遭遇都讓它轉得更快，那麼被剝離的物質回到黑洞附近所需的時間也會縮短。即使被剝掉的物質逐漸減少，更集中的物質流仍可能維持相近的峰值回落率。但新研究加入了一個過去較少被考慮的條件，這顆恆星在第一次遇見黑洞以前，就已經轉得非常快。
模擬結果顯示，如果恆星原本就是高速自轉，那麼後續遭遇黑洞時，自轉速度就不太可能再像原先模型所假設的那樣大幅增加，於是情況改變了。當恆星一次次被剝掉外層物質，而自轉狀態沒有明顯加速時，物質返回黑洞所需的時間不會產生同樣的縮短效果。隨著能夠被剝離的物質越來越少，峰值回落率也會下降。最後呈現出的結果，就是天文學家實際看到的景象，耀斑一次比一次暗淡。
一顆恆星為何會快轉到這種程度？
新模型同時解開了一個更早存在的疑問，這顆恆星為甚麼會以如此快速的自轉狀態，進入超大質量黑洞附近？研究團隊提出的可能解釋是「希爾斯機制」。在這種情境中，一對彼此緊密繞行的雙星接近超大質量黑洞。黑洞強大的引力可以將這個雙星系統拆散，其中一顆恆星被拋向外側，另一顆則被黑洞捕獲，開始沿著非常接近黑洞的軌道運行。而原本緊密相伴的兩顆恆星，可能已經受到潮汐鎖定。也就是說，它們自身的旋轉速度與彼此繞行的公轉速度保持一致。
雙星距離越近，公轉週期越短，在潮汐鎖定的情況下，恆星本身也就轉得越快。因此一個極為緊密的雙星系統遭黑洞拆散後，其中被捕獲的恆星，可能同時帶著高速自轉與極為緊密的黑洞軌道。
這讓原本看似分開的兩個謎題「為甚麼耀斑會逐漸變暗」與「恆星為何會處於如此特殊的軌道」可能指向同一個答案。雪城大學副教授埃里克·考夫林表示，這項研究顯示，雙星系統遭到潮汐破壞，以及其中一顆恆星被黑洞捕獲，可能是理解這些特殊系統的重要關鍵。
而這個故事甚至可能與我們所在的銀河系有關，考夫林指出，希爾斯捕獲效應也可能解釋部分目前繞行銀河系中心超大質量黑洞「人馬座A*」的恆星。那些在遙遠星系中反覆被黑洞撕扯、卻一次次活下來的恆星，或許不只是宇宙中的特殊個案。它們也可能替天文學家提供一扇窗口，讓人們重新理解超大質量黑洞周圍那些極端而難以想像的恆星世界。
黑洞依舊安靜地存在，真正發出光的，始終是那些一次次被它剝去物質卻仍繞回來的恆星。每一次閃光逐漸暗下去的過程，也正在替人類留下關於黑洞、恆星，以及兩者之間極端引力作用的新線索。
責任編輯:星躍
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