哈勃望遠鏡精準鎖定“流浪”超大質量黑洞位置

在距地球6億光年的深邃宇宙黑暗中，天文學家利用NASA的望遠鏡發現了一個“太空大白鯊”，一個潛伏在星際間、吞噬迷失恒星的隱形怪物。這個狡猾的黑洞通過一次新發現的潮汐瓦解事件（TDE）暴露了行蹤：一顆倒霉的恒星被它撕裂并吞噬，釋放出耀眼的輻射。TDE事件是研究黑洞物理的重要窗口，能揭示黑洞吞噬恒星時產生噴流與風的條件，并在望遠鏡中表現為明亮的天體。

這個新的TDE事件被命名為AT2024tvd。天文學家通過NASA的哈勃太空望遠鏡首次鎖定了一個游蕩的超大質量黑洞。NASA的錢德拉X射線天文臺和國家射電天文臺的甚大陣列望遠鏡也觀測到了該事件，證實該黑洞的位置偏離了其所在星系的中心。

相關研究論文將發表在即將出版的《天體物理學快報》上。

左上：一個漂泊在星系內的超大質量黑洞的剪影；

上中：一顆黃色恒星靠近黑洞；

接下來的三格：恒星被撕碎成明亮的同心環帶，最終發生白色爆炸；

右下：從遠處看，星系中出現一個偏離核心的明亮爆發點，可見于X射線和可見光中。

Credit: NASA, ESA, STScI, Ralf Crawford (STScI)

驚人發現

這個黑洞質量約為太陽的100萬倍，卻并不位于星系中心——通常那里才是超大質量黑洞的地盤。過去通過光學巡天共記錄到約100次TDE事件，但這次是首次發現位置偏離星系中心的TDE，其余都位于星系中央黑洞處。

事實上，該星系中心已有一個質量達太陽1億倍的活躍黑洞，在吸積氣體的同時釋放能量。哈勃精確測定，AT2024tvd發生位置僅距這個中心黑洞2600光年，比太陽到銀河系中心的距離小十倍。

雖然這兩個黑洞共處同一星系，但彼此之間并無引力綁定，不構成雙黑洞系統。這個較小的黑洞未來可能會逐漸向中心螺旋運動，最終與大黑洞合并，但目前它離得還太遠。

TDE原理回顧

TDE是當恒星被黑洞強大潮汐力拉伸成細絲狀（即“意大利面化”）時發生的現象。恒星殘骸形成環繞黑洞的盤狀結構，產生強烈的沖擊波和高溫輻射，能夠被紫外和可見光望遠鏡觀測到。

研究主要作者、加州大學伯克利分校的姚雨涵（Yuhan Yao）表示：
“AT2024tvd是光學巡天首次捕獲的偏心TDE，為未來巡天發現游蕩黑洞這一隱秘種群開啟了新可能。目前理論界對偏移TDE關注較少，我相信這項發現會激勵大家尋找更多此類事件。”

發現過程

當這個“吃星星的黑洞”大快朵頤時，地面望遠鏡首先探測到了一次如超新星般明亮的閃光。但不同于超新星，這次爆發極為熾熱，光譜中有寬展的氫、氦、碳、氮、硅等發射線，表明其來自黑洞吞噬恒星。此事件由加州理工帕洛瑪天文臺的Zwicky瞬變設施（ZTF）率先發現，它每兩天掃描整個北天一次。

“潮汐瓦解事件是發現那些我們無法直接探測的超大質量黑洞的極好工具，”ZTF團隊成員、伯克利副教授Ryan Chornock說，“理論上我們認為存在一類偏離星系中心的黑洞，如今我們可以用TDE來尋找它們。”

多項巡天結果（Pan-STARRS、斯隆數字巡天、DESI遺產成像調查）表明爆發點確實偏離星系核心。姚團隊進一步用錢德拉X射線天文臺確認了X射線也偏離星系中心。而哈勃的紫外成像和高分辨能力最終確認了這一偏移位置。

圖像中心為一個橘黃色模糊橢圓，延伸方向從10點鐘至4點鐘。一個明亮的白點偏離核心位于橢圓左上。右下有一個小得多的橘色圓盤。背景為黑色太空。

這是一張哈勃望遠鏡拍攝的遙遠星系圖像，顯示了一個游蕩超大質量黑洞的痕跡。

Credit:NASA, ESA, STScI, Yuhan Yao (UC Berkeley); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)

黑洞起源之謎

該黑洞隱藏在巨大星系的核心隆起區內。它每隔幾萬年才通過吞星“打個嗝”暴露自身，然后再次陷入沉寂。

那它為何會離開星系中心？理論研究顯示，當星系核心存在三個黑洞時，質量最小者可能因三體引力相互作用被“踢出”中心。這可能就是該黑洞的位置來源。

另一個可能性是，這個黑洞原屬于一個小星系，10多億年前與當前宿主星系發生合并。若如此，它最終也可能向星系中心螺旋移動并合并。但目前尚無法確定它究竟是“前來投奔”，還是“正在逃離”。

參與研究的伯克利研究員Erica Hammerstein審查了哈勃圖像，但未找到星系合并的直接證據。她表示：“盡管如此，星系合并確實有增強TDE頻率的證據。而AT2024tvd所在星系中存在第二個黑洞，表明過去確實可能發生過合并。”

未來展望

哈勃、錢德拉這類專注于不同波段的天文臺協同合作，有助于準確定位并深入理解這類瞬變事件。未來的望遠鏡——如國家科學基金會的維拉·魯賓天文臺（Vera C. Rubin）和NASA的南希·格蕾絲·羅曼太空望遠鏡（Nancy Grace Roman Space Telescope）將進一步提高這類事件的捕捉率，并提供更多后續觀測機會。

參考

https://science.nasa.gov/missions/hubble/nasas-hubble-pinpoints-roaming-massive-black-hole/