超大質(zhì)量黑洞是宇宙中最神秘的物體之一，質(zhì)量往往是太陽的幾百萬倍乃至幾百億倍，棲身于絕大多數(shù)大型星系的核心位置。例如，銀河系正中央就棲息著超大質(zhì)量黑洞人馬座A*，其質(zhì)量約為太陽的400萬倍。然而黑洞本身并不發(fā)光，天文學(xué)家只能通過它們對周圍恒星與氣體的擾動(dòng)，間接捕捉它們的蹤跡。

那么，當(dāng)一顆恒星不小心靠黑洞太近，會(huì)上演什么劇情呢？在新一期《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上，瑞士蘇黎世大學(xué)與美國雪城大學(xué)科學(xué)家講述了恒星驚心動(dòng)魄的遭遇。

此前，人們聽到的故事大致是這樣的：當(dāng)恒星接近黑洞時(shí)，黑洞的引力會(huì)將它撕成碎片，部分碎片會(huì)相互碰撞，釋放出巨大能量，之后慢慢螺旋墜入黑洞，這就是所謂的“吸積”。碎片的碰撞與吸積，會(huì)釋放出驚人的輻射，亮度甚至能短暫蓋過整個(gè)宿主星系的光——相當(dāng)于一萬億顆太陽同時(shí)燃亮，開始一場盛大的“光之舞會(huì)”。

天文學(xué)家將此類事件稱為“潮汐瓦解事件”。這場“光之舞會(huì)”，也成為窺探星系中心超大質(zhì)量黑洞的重要窗口。

但是，由無數(shù)碎片耀斑組成的“光舞”究竟是如何成形的，又是誰在為它們“編舞”？相關(guān)細(xì)節(jié)仍不得而知。其中一個(gè)原因在于，這一過程太難精確模擬了。

此次，科學(xué)家采用名為“平滑粒子流體動(dòng)力學(xué)”的方法，把恒星分解成無數(shù)相互作用的粒子，這些粒子像水一樣按照流體力學(xué)方程相互作用。他們調(diào)用了數(shù)百億個(gè)粒子，以前所未有的精細(xì)程度模擬了被撕裂恒星的氣態(tài)遺骸，從而對恒星最終的命運(yùn)有了更深認(rèn)識(shí)。

結(jié)果顯示，恒星碎片沒有散成一團(tuán)亂麻，而是凝成一道狹窄而連貫的物質(zhì)流，在被黑洞徹底吞噬前，沿著一條可預(yù)測的路徑，繞黑洞流淌。

此前有些模擬因?yàn)榉直媛什粔颍枥L了一些錯(cuò)誤的細(xì)節(jié)，比如碎片飛濺。但借助強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)和圖形處理單元，碎片流的輪廓終于清晰浮現(xiàn)在面前。模擬還顯示，黑洞質(zhì)量、自旋快慢，以及自旋方向與碎片落入軌道面之間的夾角，共同塑造了“耀斑”的模樣——何時(shí)點(diǎn)亮、亮到何種程度，又能持續(xù)多久。

這些“光舞”的劇情，恰好能解開一個(gè)久懸未決的謎團(tuán)：為什么耀斑各具特色？有的耀斑突然亮起，又迅速熄滅；有的從容出現(xiàn)，緩慢衰減；有的亮得刺眼；有的溫吞黯淡；還有的行為古怪，難以歸類。黑洞質(zhì)量不同固然能解釋部分差異，但新模擬表明，黑洞自旋很可能是造成這些“光舞”千差萬別的關(guān)鍵“編導(dǎo)”。

借助愈發(fā)逼真的模擬和越來越尖端的望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家正學(xué)習(xí)著，如何更精細(xì)地解讀這些來自深空的光芒。