2018年12月24日，Giovanni Miniutti团队在GSN 069星系中心观测到了一种神秘的X射线准周期爆发现象（QPE），该源在很短时间内亮度增加了100倍以上，又在1小时内回归到正常水平，9个小时后再次呈现周期性爆发（Miniutti et al. 2019 Nature, 573,381）。在随后的观测以及历史数据中，又发现了5个类似的准周期X射线爆发天体，周期在2-20小时之间。这些现象大都发生在低光度的矮星系中，其黑洞质量约为十万到百万太阳质量黑洞，这比正常星系中心黑洞质量低几个量级。对这一神秘爆发现象的探索是当前天体物理学研究的热点问题之一。

 历史观测数据表明，GSN069在2010年出现了一次X射线大爆发，其光度随时间推移逐渐降低，最初的大爆发中没有出现类似2018年发现的准周期爆发现象，这种现象可能只是近几年才出现。

图1: XMM-Newton 和 Chandra 观测到的GSN 069 的X射线 QPEs光变曲线。图片来自G. Miniutti et al. 2019, Nature, 573,381

研究生王梦叶和殷金晶、马怡秋教授和吴庆文教授提出“中等质量黑洞瓦解一个带有包层的白矮星”模型，该模型可以自洽解释2010年左右的爆发和后期的准周围X射线耀发现象（Wang et al. 2022,ApJ,933,225）。当一个白矮星双星系统靠近中心大黑洞时，中心黑洞的潮汐力会将双星分离，将白矮星捕获同时抛出另一个致密星（所谓的Hills机制，Hills 1988），被捕获的白矮星会在一个椭率很高的椭圆轨道上运动。被捕获的白矮星的包层在潮汐作用下加热膨胀，会先被中心黑洞的引力场瓦解，形成2010年观测到的大爆发。剩下的白矮星核的轨道在引力波的作用下逐渐缩减，当白矮星的近心点小于两倍的潮汐半径时，白矮星将被中心黑洞部分撕裂，从而产生近年来观测到的准周期X射线耀发现象。中等质量黑洞瓦解白矮星会出现超爱丁顿吸积现象，其辐射主要在软X射线波段，这与观测非常吻合。文章预言了该白矮星准周期撕裂过程会在2020年左右结束，并伴随一次X射线的增亮过程。

图2：左图为模型，右图为模拟结果。图片来自Wang et al. 2022,ApJ,933,225。

 该文章发表后，其所提出的理论模型的许多特征迅速被后续观测佐证。2022年7月Miniutti团队利用XMM-Newton卫星观测，发布了GSN 069最新结果，发现该QPE现象只持续5年左右时间， QPE现象在2020年5月消失（图3）。Miniutti团队结果与王梦叶等人提出的中等质量黑洞部分瓦解白矮星模型预言非常一致，该文章利用六段评述该模型结果，并认为该模型极其成功的解释了GSN 069最初TDE爆发、几年后QPE、QPE持续时间以及最终QPE消失等多个观测结果。

图3: XMM-Newton卫星2020年1月对GSN 069观测结果，QPE明显变弱，2020年5月观测QPE消失。图片来自Miniutti et al. 2022（arXiv:2207.07511）。

 黑洞撕裂白矮星过程，不仅有较强的电磁信号辐射，也会产生明显的引力波辐射，文章评估了未来空间引力波探测器（如天琴、太极和LISA等）对这类源的探测能力。随着巡天望远镜观测的增加（如中国即将发射爱因斯坦探针卫星），X射线准周期爆发事件将会越来越多，未来空间引力波和电磁波段联合观测，对理解黑洞周围环境将具有重要推动作用。

 2021级博士生王梦叶同学为文章第一作者，该工作部分为其本科毕设时完成。马怡秋教授和吴庆文教授为文章共同通讯作者，硕士生殷晶晶同学也参加了工作。该工作得到自然科学基金重点项目的支持。

文章链接：

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac75e6/pdf