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原來，黑洞也會“不安分”地流浪！上?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)星系邊緣的“隱形旅人”

發(fā)布時(shí)間：2025-09-07 來源：流水桃花網(wǎng)作者：遇見更好的自己_uueq

在傳統(tǒng)印象中，黑洞往往“盤踞”在星系中心。然而，中國科學(xué)院上海天文臺科研人員在一個(gè)距離地球約2.3億光年的矮星系里發(fā)現(xiàn)了一個(gè)“不安分”的黑洞，它沒有待在星系核心，而是偏離中心近1千秒差距（約3千光年），并且噴射出射電噴流。這一近鄰矮星系中的“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)的案例之一。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步強(qiáng)化了“黑洞增長并非僅限星系中心”的認(rèn)識，也為理解早期宇宙中超大質(zhì)量黑洞的快速生長提供了新視角。相關(guān)成果于2025年9月5日在線發(fā)表在《科學(xué)·通報(bào)》（Science Bulletin）上。

在我們習(xí)慣的宇宙圖景里，黑洞常被視為星系的“心臟”。但越來越多的觀測表明，某些黑洞并不老老實(shí)實(shí)待在星系中心，而是偏離核心，在星系盤或外側(cè)邊緣地帶“游離”。這類天體被稱為“流浪黑洞”，就像迷路的旅人，在宇宙中四處游蕩。

藝術(shù)示意圖，ChatGPT參與繪制

為什么要在矮星系里找它們？矮星系質(zhì)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(yù)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(dāng)比例的矮星系黑洞會偏離中心達(dá)到一千秒差距量級，但長期以來缺少直接、明確的觀測證據(jù)。

中國科學(xué)院上海天文臺安濤研究員帶領(lǐng)的國際團(tuán)隊(duì)把目光投向了一顆名為 MaNGA 12772-12704 的矮星系，它距離地球僅約 2.3億光年（紅移z≈0.017）。基于“近鄰星系光譜巡天”（MaNGA）的積分視場光譜數(shù)據(jù)，科研人員發(fā)現(xiàn)這個(gè)星系呈現(xiàn)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AGN跡象。但關(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，而是偏離中心將近一千秒差距。

為了確認(rèn)其本質(zhì)，團(tuán)隊(duì)利用甚長基線陣列射電望遠(yuǎn)鏡（VLBA），在1.6 GHz和4.9 GHz兩個(gè)波段開展了深度成像。結(jié)果顯示：該源與星系中心的角距離為2.68角秒（對應(yīng)0.94千秒差距），射電核心亮溫度超過十億開爾文，在1.6 GHz圖像上觀測到沿東南方向延伸長約2.2秒差距（7.2光年）的射電輻射結(jié)構(gòu)。這些都是典型的AGN特征。不僅如此，團(tuán)隊(duì)還系統(tǒng)梳理了1993—2023年間的檔案數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該源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”。結(jié)合其宿主星系恒星質(zhì)量，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（IMBH）范疇。綜合多個(gè)觀測特征，可以確認(rèn)：這是一個(gè)正在活躍吸積、擁有噴流的游離黑洞，而且是目前最臨近（紅移最低）的矮星系此類案例之一。劉媛琪助理研究員形象地比喻說：“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?！?/p>

從更廣闊的統(tǒng)計(jì)視角來看，這一發(fā)現(xiàn)尤為突出。在 3000多個(gè)MaNGA矮星系中，研究人員篩選出 628 個(gè) AGN 候選體，其中約 62% 的源存在AGN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。但“候選”并不等同于“確認(rèn)”，安濤團(tuán)隊(duì)對600多個(gè)候選體進(jìn)行了多級篩選，最終選出11個(gè)最有希望探測到射電輻射的目標(biāo)，并利用最高靈敏度和分辨率進(jìn)行跟蹤觀測。在這11個(gè)目標(biāo)源的觀測中，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。

論文亮點(diǎn)圖

這項(xiàng)研究讓“流浪黑洞”從理論猜想變?yōu)橹苯佑^測。隨著下一代望遠(yuǎn)鏡到來，“迷途黑洞”或許不再罕見——未來，極大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡將能精確測定矮星系的光學(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AGN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。

隨著FAST核心陣和平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（SKA）的建成，天文學(xué)家將有機(jī)會以更高靈敏度和分辨率進(jìn)行系統(tǒng)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(rèn)和統(tǒng)計(jì)研究帶來突破?；蛟S，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(yuǎn)地影響著星系的生命歷程。

欄目編輯：王蔚 圖片來源：中國科學(xué)院上海天文臺

來源：作者：新民晚報(bào) 郜陽</p>