北京9月6日電 (記者 孫自法 鄭瑩瑩)傳統的主流觀點認為，大質量黑洞主要在星系中心、依托“中央氣體庫”集中“進食”而迅速長大，但越來越多的觀測表明，某些黑洞并不老老實實待在星系中心，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證據而頗具爭議，也備受關注。

　　“猜得到”變“看得見”

　　記者9月6日從中國科學院上海天文臺獲悉，該臺科研人員帶領國際合作團隊，最近在一個距離地球約2.3億光年(紅移z=0.017)的矮星系里發(fā)現一個“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)現的這個“離核、原位吸積、帶噴流”黑洞，是目前紅移最低、證據最扎實的“流浪黑洞”發(fā)現案例之一。這項發(fā)現進一步強化了“黑洞增長并非僅限星系中心”的理論認識，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，也為理解早期宇宙中超大質量黑洞的快速生長提供出新視角。

本項研究成果藝術示意圖(AI參與繪制)。中國科學院上海天文臺 供圖

　　這一天文學領域重要黑洞的發(fā)現研究，由中國科學院上海天文臺安濤研究員、劉媛琪助理研究員領銜并聯合中國科學院高能物理研究所及西班牙、瑞典、韓國等中外合作伙伴完成，相關成果論文近日在綜合性學術期刊《科學通報》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，矮星系質量小、演化歷史相對簡單，它們就像“宇宙化石”保存了早期黑洞成長的線索。

　　理論預測，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，相當比例的矮星系黑洞會偏離中心達到1000秒差距量級，但長期以來缺少直接、明確的觀測證據。

　　在本項研究中，基于“近鄰星系光譜巡天”計劃(MaNGA)的積分視場光譜數據，國際合作團隊聚焦一顆名為MaNGA 12772-12704的矮星系進行研究發(fā)現，該星系呈現較弱的活動星系核(AGN)特征，星系整體形態(tài)規(guī)整、沒有明顯并合或雙活動星系核跡象。關鍵一點是，與之成協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，國際合作團隊利用甚長基線陣列射電望遠鏡(VLBA)對宇宙目標區(qū)域開展深度成像，并系統梳理1993-2023年間的檔案數據，發(fā)現本次研究的矮星系黑洞源具有射電輻射結構等典型活動星系核特征，并在幾十年尺度上呈現非單調的“時強時弱”變化，符合“長期、原位吸積”的行為，這與超新星遺跡在數年時標內單調衰減的常見規(guī)律明顯不同，從而有效排除了“偽裝者”。

　　進一步結合其宿主星系恒星質量分析，該黑洞質量的經驗估計約為30萬倍太陽質量，屬于中等質量黑洞范疇。合作團隊表示，綜合多個觀測特征，可以確認：這是一個正在活躍吸積、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

　　國際合作團隊表示，在“近鄰星系光譜巡天”計劃發(fā)現的3000多個矮星系中，研究人員篩選出628個活動星系核候選體，其中約62%的源存在活動星系核偏離星系光學中心的現象，表明離核現象或許并不罕見。

　　不過，“候選”并不等同于“確認”。論文合作者、西班牙空間科學研究所馬·梅茲夸(Mar Mezcua)研究員強調稱，尤其是在矮星系中，要獲得明確的游離活動星系核觀測證據極為困難，因此此類發(fā)現極為稀有。

　　合作團隊對600多個候選體進行多級篩選，最終選出11個最有希望探測到射電輻射的目標，并利用最高靈敏度和分辨率進行跟蹤觀測。在這11個目標源的觀測中，只有MaNGA 12772-12704同時具備“致密高亮溫度、秒差距噴流、30年時域光變”三重證據，成為目前唯一獲得確證的案例。因此，從更廣闊的統計視角看，這次發(fā)現的重要性尤為突出。

　　黑洞成長另一種路徑

　　此次研究以一個中等質量量級的離核、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量黑洞的“分布式進食/多點生長”提供了實證支撐。

本項研究成果論文亮點圖。中國科學院上海天文臺 供圖

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

　　此外，黑洞雖然位于星系“郊區(qū)”也能對宿主環(huán)境產生影響。“流浪黑洞”也能噴射出強勁的物質流，向周圍氣體注入能量、擾動動力學并調控恒星形成。

　　所有這些，都會激發(fā)天文學界重新審視黑洞-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鏡到來，“流浪黑洞”或許不再罕見。劉媛琪認為，未來，極大口徑光學望遠鏡將能精確測定矮星系的光學中心和結構，深度獲取高分辨率光譜，分辨弱或被掩蔽的活動星系核特征，發(fā)現更多離核或游離黑洞候選體，擴展樣本規(guī)模。

　　特別是“中國天眼”(FAST)核心陣、平方公里陣列射電望遠鏡(SKA)建成運行后，天文學家將有機會以更高靈敏度和分辨率進行系統巡天，探測到更微弱的射電信號，甚至直接分辨出亞秒差距級別的微型噴流，為偏核黑洞的確認和統計研究帶來更多突破。

　　“或許，未來我們會意識到，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’，靜默而深遠地影響著星系的生命歷程?！卑矟偨Y說。(完)

【編輯:胡寒笑】