黑洞潮汐撕裂事件红外回响研究结硕果
我校物理与电子工程学院2017年新进教师窦立明博士及其合作者在极亮红外星系F01004-2237中探测到显著的长时标红外光变，并且成功的解释为先前发生的恒星潮汐撕裂事件（TDE）的尘埃再辐射发出的回响信号。该研究成果以“Discovery of a Mid-infrared Echo from the TDE Candidate in the Nucleus of ULIRG F01004-2237”为题发表在国际权威杂志<<天体物理快报>> （The Astrophysical Journal Letters）上，第一作者和共同通信作者之一为我校物电学院窦立明博士，合作者包括中国科学技术大学、加州理工学院和NASA JPL实验室的学者和研究生。论文近期被美国天文学会刊物研究亮点网站（AAS Nova）选为研究亮点，以“一颗垂死恒星的回声”（Echoes from a Dying Star）为题于5月31日报道。该网站每周从美国天文学会出版的多个天文刊物中选出不超过5篇论文作为研究亮点专门撰文予以介绍。
图1：艺术家想像中的TDE红外回响. 超大质量黑洞周围被尘埃环环绕，当恒星过于靠近黑洞时会被黑洞撕裂瓦解，其周围尘埃会吸收此过程产生的紫外和光学光子，随后在红外波段产生回响信号.
当一个恒星过于靠近超大质量黑洞（约数百万个太阳质量）时会被黑洞强大的潮汐力撕裂瓦解，同时释放出巨大的能量，在X-射线，紫外，光学波段产生可持续达数月到数年的明亮闪耀，这种现象被称为超大黑洞潮汐撕裂瓦解恒星事件（TDE）。通过探测这些X-射线或紫外/光学闪耀信号，目前发现的此类事件已经有几十个。
近期在一个极亮红外星系F01004−2237中发现的TDE候选体令人困惑：其光学波段的光变衰减信号持续的时间更长，并且在闪耀发生几年后有再次增强的迹象；此外与其它TDE的寄主星系相反，其恒星形成活动剧烈。窦立明等人检查了美国NASA的广域红外巡天探测器（WISE）关于这个源的中红外波段数据，发现其红外光度在光学爆发前后（2010年）处在宁静状态，而此后的3-6年间其红外光度持续增亮，这与之前发现的TDE红外回响信号的表现形式有显著差异.
通过分析研究，他们发现红外持续增亮现象可以由黑洞周围3光年左右的尘埃环吸收再辐射的回响信号来解释。有趣的是，这一模型也可以同时解释F01004−2237的光学光变再次增强的现象——即来自尘埃在光学波段的散射信号。通过这一模型他们还预言了这个源近期可以观测到的一些现象，如中红外光度迅速衰减，光学偏振信号等。据悉研究组成员已经申请到多个望远镜对这一天体进行后续观测，上述模型和预言将会在新数据中得到检验。
自去年窦立明博士同他人合作首次探测到TDE的红外回响信号并且引起广泛国际关注以来，其团队一直在深入开展后续工作，此项工作是他们在TDE红外回响方面的第三项工作。这项研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院等机构的资助。
图3：左：黑洞周围的尘埃环，图中示意给出由于视线方向不同尘埃环上不同部位的红外再辐射到达观测者时刻不同，造成如上图观测到的光变曲线；右：采用模型可以很好的拟合再现各波段红外光变曲线。
附相关链接：
AAS nova的报道：http://aasnova.org/2017/05/31/echoes-from-a-dying-star/
学术论文：http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aa7130/meta
http://iopscience.iop.org/article/10.3847/0004-6 37X/832/2/188/meta
http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8205/828/1/L14
NASA的报道：http:/www.nasa.gov/feature/jpl/studies-find-echoes-of-black-holes-eating-stars
