現今天文學家們發現每個星系的中心都有一個質量約為一百萬到十億個太陽質量的巨大黑洞。星系中的恆星因引力作用圍繞著黑洞旋轉。我們想要更多的了解這些大質量黑洞，比如測量它們的質量及自旋參數是如何，這些信息可以幫助我們研究黑洞的天體物理學以及宇宙學等等。然而這些大質量黑洞通常處於休眠狀態，以致我們難以觀測到它們或得到關於它們的信息。

圖1︰銀河系的示意圖 恆星繞著中心的大質量黑洞運轉

在星系最中心的部位，恆星之間的相互引力作用有時會改變他們的原有軌道，甚至令到一些恆星被散射到離黑洞很近的位置。當恆星離黑洞過近時，黑洞重力產生的潮汐力可以強烈到撕破恆星，而產生“潮汐力瓦解恆星事件”。此時恆星被拉扯成一個狹長的星屑氣體帶，有一半的星屑會墜落入黑洞中。在這個過程中，星系中心會發出明亮的閃光輻射，有時在可見光波段，有時在X射線波段。天文學家建造了大型的巡天望遠鏡來捕捉這些信號，並通過分析它們來推斷出很多關於大質量黑洞的信息。

圖2︰潮汐力瓦解恒星事件的想像示意圖
来源︰NASA / CXC / M Weiss

在潮汐力瓦解恆星事件中，一個很有趣的物理現象是很多的恆星氣體在極短時間（幾年）內被喂給了黑洞。這時的黑洞的氣體吸積率極度之高，以致黑洞吞不下全部的氣體而需要把一部分氣體丟出去。因此這些恆星氣體最後只有一部分能進入黑洞，而另一部分轉化為能量以輻射或氣體風的形式被釋放出去。對這個物理過程的研究是個有很大挑戰性的課題，因為我們需要計算在廣義相對論下黑洞附近的氣體、磁場以及輻射之間如何相互作用。因此我們的研究組研發了一些先進的數值模擬程序來解決這個難題。而這些複雜的程序如果在單核計算機上運算需要用上百年的時間！因此，我們需要在一些大型超級計算機中心做一些平行運算，比如使用廣州的天河2號超算中心（為世界上最快的超級計算機之一）。在下圖中可以看到我們的程序算出的黑洞吸積盤的一幀圖片。

圖3︰吸積盤的結構（從側面看及從上往下看）。中心的黑點為黑洞。紅色代表氣體密度很高。黑線代表磁場線。
来源︰J L Dai / The Astrophysical Journal Letters, 859, L20

在早期的宇宙裡，黑洞附近尚有大量的氣體，因此也會發生上面所講的極端氣體吸積現象。所以通過研究潮汐力瓦解恆星事件，我們也可得以窺見大質量黑洞曾經是如何增長質量並通過釋放輻射和風來影響它們所在的星系。另外通過研究潮汐力瓦解恆星事件，我們還可以檢驗廣義相對論，以及測量黑洞的各種參數等等。這些天文學的研究都能夠讓我們更加清晰地了解黑洞和星系是怎樣從宇宙誕生伊始相互影響、共同進化，而最後形成我們現在所在的世界。

圖4︰宇宙早期大尺度結構以及星系演化和黑洞合併的模擬（綠色為氣體密度高的地方，藍色為星系，紅色顯示高溫）
來源︰H Pfister

作者︰
香港大學物理系助理教授戴麗心博士