星系核中红巨星的碰撞

在恒星密集的环境中，恒星之间可能发生碰撞。对于靠近超大质量黑洞（SMBH）的碰撞，碰撞动能可能大到足以完全摧毁碰撞恒星，并可能释放出与超新星相当的能量。这种剧烈碰撞，我们称之为黑洞驱动的破坏性碰撞（BDC），此前多被解析研究，其非线性流体动力学效应基本未被探究。利用移动网格流体动力学代码{\small AREPO}，我们研究了1M$_{\odot}$巨星之间具有高速度（>$10^{3}$ km/s）、不同半径、碰撞参数和初始接近速度的碰撞，并估计了它们的可观测量。碰撞面上的极强激波将初始动能的$\gtrsim10\%$高效地转化为辐射能。结果是产生一个以超声速、均匀且准球状膨胀的气体云，在极紫外波段（$\simeq 10$ eV）产生峰值光度$\simeq 10^{41}-10^{44}$ erg/s的耀发。光度起初近似按幂律$t^{-0.7}$下降，随后在$t\simeq$10天（此时在光学波段（$\lesssim 1$eV）会变亮）后按$t^{-0.4}$下降。随后，由于气体云吸积到附近SMBH上，可能产生后续甚至更亮的发射，持续时间可达数年量级。这种不可避免的黑洞-碰撞产物相互作用可促进各质量尺度黑洞的增长，尤其是高红移时期的种子黑洞。此外，事件靠近中心黑洞使其有望成为探测休眠黑洞（甚至无法由潮汐破坏事件探测的极高质量黑洞）存在的工具。