北京9月6日電 (記者 孫自法 鄭瑩瑩)傳統(tǒng)的主流觀點(diǎn)認(rèn)為，大質(zhì)量黑洞主要在星系中心、依托“中央氣體庫”集中“進(jìn)食”而迅速長(zhǎng)大，但越來越多的觀測(cè)表明，某些黑洞并不老老實(shí)實(shí)待在星系中心，而是偏離核心。

　　不過，這些被稱為“流浪黑洞”(或“迷途黑洞”)的理論猜想，之前因一直缺乏直接觀測(cè)證據(jù)而頗具爭(zhēng)議，也備受關(guān)注。

　　“猜得到”變“看得見”

　　記者9月6日從中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)獲悉，該臺(tái)科研人員帶領(lǐng)國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)，最近在一個(gè)距離地球約2.3億光年(紅移z=0.017)的矮星系里發(fā)現(xiàn)一個(gè)“不安分”的“流浪黑洞”，它沒有待在星系核心，而是偏離中心近1000秒差距(約3000光年)，并且噴射出射電噴流。

　　在近鄰矮星系中發(fā)現(xiàn)的這個(gè)“離核、原位吸積、帶噴流”黑洞，是目前紅移最低、證據(jù)最扎實(shí)的“流浪黑洞”發(fā)現(xiàn)案例之一。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步強(qiáng)化了“黑洞增長(zhǎng)并非僅限星系中心”的理論認(rèn)識(shí)，既讓“流浪黑洞”從“猜得到”的理論猜想變?yōu)椤翱吹靡姟钡闹苯佑^測(cè)，也為理解早期宇宙中超大質(zhì)量黑洞的快速生長(zhǎng)提供出新視角。

本項(xiàng)研究成果藝術(shù)示意圖(AI參與繪制)。中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái) 供圖

　　這一天文學(xué)領(lǐng)域重要黑洞的發(fā)現(xiàn)研究，由中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)安濤研究員、劉媛琪助理研究員領(lǐng)銜并聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所及西班牙、瑞典、韓國(guó)等中外合作伙伴完成，相關(guān)成果論文近日在綜合性學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)通報(bào)》英文版(Science Bulletin)發(fā)表。

　　為何要在矮星系尋找

　　論文通訊作者安濤指出，矮星系質(zhì)量小、演化歷史相對(duì)簡(jiǎn)單，它們就像“宇宙化石”保存了早期黑洞成長(zhǎng)的線索。

　　理論預(yù)測(cè)，星系并合后的引力波反沖或者多體相互作用，容易讓黑洞在淺引力勢(shì)阱的矮星系里被踢出中心，成為在星系外圍游蕩的黑洞。一些模擬甚至指出，相當(dāng)比例的矮星系黑洞會(huì)偏離中心達(dá)到1000秒差距量級(jí)，但長(zhǎng)期以來缺少直接、明確的觀測(cè)證據(jù)。

　　在本項(xiàng)研究中，基于“近鄰星系光譜巡天”計(jì)劃(MaNGA)的積分視場(chǎng)光譜數(shù)據(jù)，國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)聚焦一顆名為MaNGA 12772-12704的矮星系進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，該星系呈現(xiàn)較弱的活動(dòng)星系核(AGN)特征，星系整體形態(tài)規(guī)整、沒有明顯并合或雙活動(dòng)星系核跡象。關(guān)鍵一點(diǎn)是，與之成協(xié)的射電輻射并不在星系的幾何中心，而是偏離中心將近1000秒差距。

　　活躍吸積并擁有噴流

　　隨后，國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)利用甚長(zhǎng)基線陣列射電望遠(yuǎn)鏡(VLBA)對(duì)宇宙目標(biāo)區(qū)域開展深度成像，并系統(tǒng)梳理1993-2023年間的檔案數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)本次研究的矮星系黑洞源具有射電輻射結(jié)構(gòu)等典型活動(dòng)星系核特征，并在幾十年尺度上呈現(xiàn)非單調(diào)的“時(shí)強(qiáng)時(shí)弱”變化，符合“長(zhǎng)期、原位吸積”的行為，這與超新星遺跡在數(shù)年時(shí)標(biāo)內(nèi)單調(diào)衰減的常見規(guī)律明顯不同，從而有效排除了“偽裝者”。

　　進(jìn)一步結(jié)合其宿主星系恒星質(zhì)量分析，該黑洞質(zhì)量的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)約為30萬倍太陽質(zhì)量，屬于中等質(zhì)量黑洞范疇。合作團(tuán)隊(duì)表示，綜合多個(gè)觀測(cè)特征，可以確認(rèn)：這是一個(gè)正在活躍吸積、擁有噴流的“流浪黑洞”，而且是目前最臨近(紅移最低)矮星系的此類黑洞案例之一。

　　論文第一作者劉媛琪形象比喻說，就像一座被“流浪黑洞”點(diǎn)燃的宇宙燈塔，它雖然離開了星系中心，卻依舊在向外噴射能量。

　　目前唯一獲確證案例

　　國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)表示，在“近鄰星系光譜巡天”計(jì)劃發(fā)現(xiàn)的3000多個(gè)矮星系中，研究人員篩選出628個(gè)活動(dòng)星系核候選體，其中約62%的源存在活動(dòng)星系核偏離星系光學(xué)中心的現(xiàn)象，表明離核現(xiàn)象或許并不罕見。

　　不過，“候選”并不等同于“確認(rèn)”。論文合作者、西班牙空間科學(xué)研究所馬·梅茲夸(Mar Mezcua)研究員強(qiáng)調(diào)稱，尤其是在矮星系中，要獲得明確的游離活動(dòng)星系核觀測(cè)證據(jù)極為困難，因此此類發(fā)現(xiàn)極為稀有。

　　合作團(tuán)隊(duì)對(duì)600多個(gè)候選體進(jìn)行多級(jí)篩選，最終選出11個(gè)最有希望探測(cè)到射電輻射的目標(biāo)，并利用最高靈敏度和分辨率進(jìn)行跟蹤觀測(cè)。在這11個(gè)目標(biāo)源的觀測(cè)中，只有MaNGA 12772-12704同時(shí)具備“致密高亮溫度、秒差距噴流、30年時(shí)域光變”三重證據(jù)，成為目前唯一獲得確證的案例。因此，從更廣闊的統(tǒng)計(jì)視角看，這次發(fā)現(xiàn)的重要性尤為突出。

　　黑洞成長(zhǎng)另一種路徑

　　此次研究以一個(gè)中等質(zhì)量量級(jí)的離核、原位吸積來源，證明黑洞不在中心也能穩(wěn)定吸積并形成噴流，從而為早期宇宙超大質(zhì)量黑洞的“分布式進(jìn)食/多點(diǎn)生長(zhǎng)”提供了實(shí)證支撐。

本項(xiàng)研究成果論文亮點(diǎn)圖。中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái) 供圖

　　安濤指出，“這促使我們思考，早期宇宙中的黑洞成長(zhǎng)未必只靠中心‘一口氣長(zhǎng)胖’，也可能依賴在星系各處的零散進(jìn)食與后續(xù)并合，從而在不足十億年的時(shí)間內(nèi)成長(zhǎng)為上億倍太陽質(zhì)量的龐然大物”。

　　此外，黑洞雖然位于星系“郊區(qū)”也能對(duì)宿主環(huán)境產(chǎn)生影響。“流浪黑洞”也能噴射出強(qiáng)勁的物質(zhì)流，向周圍氣體注入能量、擾動(dòng)動(dòng)力學(xué)并調(diào)控恒星形成。

　　所有這些，都會(huì)激發(fā)天文學(xué)界重新審視黑洞-星系共演化：黑洞不只是中心“引擎”，還可能在星系外側(cè)悄然改寫宿主的生命歷程。

　　未來將帶來更多突破

　　隨著下一代天文望遠(yuǎn)鏡到來，“流浪黑洞”或許不再罕見。劉媛琪認(rèn)為，未來，極大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡將能精確測(cè)定矮星系的光學(xué)中心和結(jié)構(gòu)，深度獲取高分辨率光譜，分辨弱或被掩蔽的活動(dòng)星系核特征，發(fā)現(xiàn)更多離核或游離黑洞候選體，擴(kuò)展樣本規(guī)模。

　　特別是“中國(guó)天眼”(FAST)核心陣、平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡(SKA)建成運(yùn)行后，天文學(xué)家將有機(jī)會(huì)以更高靈敏度和分辨率進(jìn)行系統(tǒng)巡天，探測(cè)到更微弱的射電信號(hào)，甚至直接分辨出亞秒差距級(jí)別的微型噴流，為偏核黑洞的確認(rèn)和統(tǒng)計(jì)研究帶來更多突破。

　　“或許，未來我們會(huì)意識(shí)到，宇宙中漂泊的黑洞并不罕見，它們像是星系邊緣的‘隱形旅人’，靜默而深遠(yuǎn)地影響著星系的生命歷程。”安濤總結(jié)說。(完)

【編輯:胡寒笑】