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发现有史以来规模最大的一次宇宙爆炸事件

发布单位:台北市立天文科学教育馆

被称为AT2021lwx的这场瞬变天文事件——或简单称呼它为「宇宙大爆炸」——是非常奇异的一次事件,除了它的亮度非常亮,至少是已知超新星爆炸的10倍亮之外,这场爆炸的时间还持续得异常地久,从爆炸后到现在3年后仍在闪耀着强烈的光芒,相较之下,一般超新星爆炸的亮度在几个月内就会非常明显地下降。根据最新研究指出,天文学家认为AT2021lwx可能是一个黑洞撕裂一片比太阳大上数千倍的气体云的剧烈事件,而即使如此,它仍然是目前所知类似事件中持续时间最长、整体能量最高的。

艺术家笔下的黑洞与吸积盘正在吞噬天体的想像图。Artist’s concept of a black hole accreting a companion. Astronomers have found an explosion of a cloud of dust around a black hole that was 10 times brighter than any supernova and has lasted more than 3 years. It’s the largest cosmic explosion astronomers have ever seen. Image via John A. Paice/ Royal Astronomical Society.
图说:艺术家笔下的黑洞与吸积盘正在吞噬天体的想像图。来源:皇家天文学会RAS

AT2021lwx位于狐狸座方向,距离地球约80亿光年,最早由兹威基瞬态设施(Zwicky Transient Facility, ZTF)在2021年4月13日发现,不过后续再追溯过去的观测影像中进一步发现它在2020年6月16日就已经开始增亮。由于该天体距离非常遥远,许多观测数据需要经过宇宙学效应大辐修正,因此对于该天体的性质并不能马上确定下来。起初天文学家认为它可能只是一个活跃星系核(Active Galactic Nuclei, AGN),但随着后续观测进一步排除了这个可能性。经过多波段观测的严谨验证后,最新研究认为AT2021lwx是一大片星际分子云落入超大质量黑洞并产生交互作用的结果,但过去在同类型事件中也没有观测过这么大、延续如此久的事件。虽然天文学家曾记录更亮的伽玛射线爆发事件,但由于AT2021lwx的持续时间相当久,代表着它的整体能量更高,最新的研究估计它的总辐射超过1053尔格,推测中心的黑洞质量更高达太阳1亿倍以上,属于星系核心等级的超大质量黑洞。

针对AT2021lwx多波段观测的结果与其他事件的比较。上图为AT2021lwx亮度增加后超过2年的光变曲线,可见其维持在高亮度非常长的时间,且近期尚未有明显变暗的趋势。左下图为AT2021lwx在2021年4月明显增亮前的多组观测历史资料,可见其在该事件前并没有明显的亮度变化情形。右下图为各种类似之瞬变天象的光度变化曲线,可见AT2021lwx是这类事件中光度最强、随时间衰减程度最小的瞬变天文事件,非常奇特。来源:英国皇家天文学会月刊。

图说:针对AT2021lwx多波段观测的结果与其他事件的比较。上图为AT2021lwx亮度增加后超过2年的光变曲线,可见其维持在高亮度非常长的时间,且近期尚未有明显变暗的趋势。左下图为AT2021lwx在2021年4月明显增亮前的多组观测历史资料,可见其在该事件前并没有明显的亮度变化情形。右下图为各种类似之瞬变天象的光度变化曲线,可见AT2021lwx是这类事件中光度最强、随时间衰减程度最小的瞬变天文事件,非常奇特。来源:英国皇家天文学会月刊

宇宙中和如此明亮的天体最接近的就是类星体了,同样也是与超大质量黑洞与吸积盘有关,但类星体的亮度随时间常有周期性的变化,而AT2021lwx的光变曲线比较像是单一瞬变事件后逐渐冷却的状况。在完成该事件的初步分析后,研究团队仍在收集更多观测数据,也建议其他研究者可以在各个多波段的巡天资料库中寻找类似的事件,以厘清关于这类事件发生频率和事件大小等等资讯。(编辑/台北天文馆谢翔宇)

资料来源:EarthSky
原始论文:英国皇家天文学会月刊 (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, MNRAS)