在傳統(tǒng)印象中,黑洞往往“盤踞”在星系中心。然而,中國科學院上海天文臺科研人員在一個距離地球約2.3億光年的矮星系里發(fā)現(xiàn)了一個“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)最扎實的案例之一。這項發(fā)現(xiàn)進一步強化了“黑洞增長并非僅限星系中心”的認識,也為理解早期宇宙中超大質量黑洞的快速生長提供了新視角。相關成果于2025年9月5日在線發(fā)表在《科學·通報》(Science Bulletin)上。
在我們習慣的宇宙圖景里,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實待在星系中心,而是偏離核心,在星系盤或外側邊緣地帶“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。
藝術示意圖,ChatGPT參與繪制
為什么要在矮星系里找它們?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)。
中國科學院上海天文臺安濤研究員帶領的國際團隊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)?;凇敖徯窍倒庾V巡天”(MaNGA)的積分視場光譜數(shù)據(jù),科研人員發(fā)現(xiàn)這個星系呈現(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。但關鍵一點是,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。
為了確認其本質,團隊利用甚長基線陣列射電望遠鏡(VLBA),在1.6 GHz和4.9 GHz兩個波段開展了深度成像。結果顯示:該源與星系中心的角距離為2.68角秒(對應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)的射電輻射結構。這些都是典型的AGN特征。不僅如此,團隊還系統(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(shù)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”。結合其宿主星系恒星質量,黑洞質量的經(jīng)驗估計約為30萬倍太陽質量,屬于中等質量黑洞(IMBH)范疇。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)計視角來看,這一發(fā)現(xiàn)尤為突出。在 3000多個MaNGA矮星系中,研究人員篩選出 628 個 AGN 候選體,其中約 62% 的源存在AGN偏離星系光學中心的現(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”,安濤團隊對600多個候選體進行了多級篩選,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(jù),成為目前唯一獲得確證的案例。
論文亮點圖
這項研究讓“流浪黑洞”從理論猜想變?yōu)橹苯佑^測。隨著下一代望遠鏡到來,“迷途黑洞”或許不再罕見——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AGN特征,發(fā)現(xiàn)更多離核或游離黑洞候選體,擴展樣本規(guī)模。
隨著FAST核心陣和平方公里陣列射電望遠鏡(SKA)的建成,天文學家將有機會以更高靈敏度和分辨率進行系統(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,為偏核黑洞的確認和統(tǒng)計研究帶來突破?;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:中國科學院上海天文臺
來源:作者:新民晚報 郜陽</p>