在大多数大型星系的中心都存在着一个超大质量黑洞(SMBH)。银河系中有人马座A*，这是一个处于休眠状态的大质量黑洞，质量大约是太阳的430万倍。但如果你深入观察宇宙，就会发现更大的SMBHs，其质量可以达到太阳质量的数百亿倍。
黑洞通过引力消耗其附近的物体(包括恒星)来增加质量。对于不幸被SMBHs吞噬的恒星来说，这是一个灾难性的、毁灭性的结局，但对于科学家来说，这是幸运的，因为他们现在有机会探测其他休眠的星系中心。
顾名思义，黑洞本身不发出任何光，这使得研究人员很难观察到它们。但是，当一颗恒星足够接近一个超大质量黑洞时，它可能会被黑洞巨大的潮汐引力场摧毁，这种相互作用实际上是地球与月球潮汐相互作用的一个极端例子。
一些被潮汐破坏的物质落入黑洞，形成一个非常热、非常亮的物质盘。这个过程被称为潮汐破坏事件(TDE)，它提供了一个光源，可以用强大的望远镜观察并由科学家进行分析。
tde相对罕见——据预测，在一个给定的星系中，大约每1万到10万年发生一次。通常每年会探测到一到二十多个tde，但随着新技术的出现，比如目前正在智利建设的维拉·c·鲁宾天文台，预计未来几年将观测到数百个tde。
这些强大的天文台扫描夜空，寻找上升和下降的光源，从而“调查”宇宙，寻找随时间变化的天文现象。利用这些调查，天体物理学家可以对tde进行研究，以估计SMBHs和被它们摧毁的恒星的特性。
研究人员试图了解的一件事是恒星和SMBH的质量。虽然一种模式已经被经常使用，但最近开发了一种新的模式，目前正在测试中。
吸积率——或者说在tde期间恒星的恒星物质回落到SMBH的速度——揭示了恒星和SMBH的重要特征，比如它们的质量。最准确的计算方法是数值流体动力学模拟，它使用计算机分析TDE中被潮汐破坏的物质在落向黑洞时的气体动力学。这种技术虽然精确，但成本昂贵，研究人员可能需要数周到数月的时间才能计算出一个TDE。
近几十年来，物理学家设计了分析模型来计算吸积速率。这些模型提供了一种有效和经济的方法来理解被破坏的恒星和黑洞的特性，但它们的近似精度仍然存在不确定性。
目前存在一些分析模型，其中最著名的可能是“冻结”近似;这个名字源于这样一个事实，即落在黑洞上的碎片的轨道周期是在与黑洞的特定距离(称为潮汐半径)上建立或“冻结”的。
1982年由Lacy, Townes和Hollenbach提出，2009年由Lodato, King和Pringle扩展，该模型表明，大质量恒星的吸积速率在一个时间尺度上达到峰值，这个时间尺度可以从1年到10年不等，这取决于恒星的质量。这意味着，如果你观察夜空，一个光源最初可能会随着时间的推移而变亮、达到峰值、减弱。
锡拉丘兹大学(Syracuse University)物理学教授埃里克·考格林(Eric Coughlin)和利兹大学(University of Leeds)理论天体物理学副教授克里斯·尼克松(Chris Nixon)在2022年提出了一个新模型，简称CN22模型，该模型确定了tde的峰值时间标度，作为恒星特性和黑洞质量的函数。
从这个新模型中，他们恢复了与一些流体动力学模拟结果一致的TDE峰值时间尺度和吸积率，但是这个模型的更广泛的含义——以及它对更广泛的恒星类型的预测，包括恒星的质量和年龄——并没有完全阐明。
为了在更广泛的背景下更好地表征和理解该模型的预测，雪城大学的一组研究人员在物理系博士生Ananya Bandopadhyay的带领下进行了一项研究，分析了CN22模型的含义，并对不同类型的恒星和不同质量的SMBHs进行了测试。
该团队的研究成果发表在《天体物理学杂志通讯》上。除了主要作者Bandopadhyay，合著者还包括Coughlin, Nixon，物理系的本科生和研究生，以及锡拉丘兹市学区(SCSD)的学生。
SCSD学生的参与是通过雪城大学物理研究(SURPh)项目实现的，这是一个为期六周的带薪实习项目，当地高中生与艺术与科学学院物理系的教师和学生一起从事尖端研究。
在2022年和2023年的夏天，SCSD的学生与雪城大学的物理学家合作进行了计算项目，测试了CN22模型的有效性。他们使用了一个名为“恒星天体物理学实验模块”的恒星演化代码来研究恒星的演化。
利用这些资料，他们比较了“冻结”近似和CN22模型对一系列恒星质量和年龄的吸积率预测。他们还对一个超大质量黑洞对类太阳恒星的破坏进行了数值流体动力学模拟，将模型预测与数值获得的吸积率进行比较。
Bandopadhyay说，研究小组发现CN22模型与流体动力学模拟非常吻合。此外，也许是最深刻的发现是，TDE中吸积速率的峰值时间尺度对被毁灭恒星的性质(质量和年龄)非常不敏感，像我们的太阳这样的恒星被人马座a *质量的黑洞毁灭时大约是50天。
这个结果最惊人和令人惊讶的是，“冻结”模型做出了一个非常不同的预测。根据“冻结”模型，同样的TDE会产生一个吸积速率，并在两年的时间尺度上达到峰值，这与流体动力学模拟的结果明显不一致。
Bandopadhyay说:“这推翻了以前人们对tde工作方式的看法，以及完全摧毁一颗恒星可能产生什么样的瞬变。”“通过确认CN22模型的准确性，我们提供了证据，证明这种分析方法可以大大加快对具有一定质量和年龄范围的恒星破裂的可观测特性的推断。”
他们的研究还解决了之前的另一个误解。通过澄清完整的tde不能超过一个月的时间尺度，他们反驳了先前的观点，即tde可以用来解释在多年跨度内达到峰值和衰减的长时间光曲线。
此外，Coughlin指出，这篇论文验证了峰值后退率实际上与被破坏恒星的质量和年龄无关，几乎完全由SMBH的质量决定，这是CN22等模型可以帮助研究人员约束SMBH质量的关键指标。
“如果你测量上升时间，你可以直接观察到的实际上是超大质量黑洞的特性，这是TDE物理学的圣杯——能够使用TDE来说明黑洞的一些事情，”Coughlin说。
鉴于这篇论文对该领域的影响，Bandopadhyay应美国天文学会的邀请，于2024年1月11日在新奥尔良举行的该学会第243次会议上介绍了该团队的发现。
展望未来，研究小组表示，通过确认CN22模型的准确性，这项研究为研究人员对tde进行可观察的预测打开了一扇窗，可以针对现有和即将到来的检测进行测试。通过合作和智慧，锡拉丘兹大学的研究人员正在将黑洞的物理细节揭示出来，并帮助探索遥远宇宙中曾经无法追踪的领域。
