人類首次！中國天關衛星或捕捉到中等質量黑洞撕裂白矮星

來源：中國新聞網

作為宇宙中引力極其強大、連光都無法逃脫的致密天體，黑洞是如何吞噬周邊天體的？其“進食”過程一直以來備受關注。

中等質量黑洞“進食”白矮星

來自中國科學院國家天文臺的最新消息說，天文學家通過對中國天關衛星(愛因斯坦探針，英文縮寫EP)巡天捕獲的、編號為EP250702a的高能宇宙爆發事件的最新研究，認為它很可能是一個中等質量黑洞撕裂并吞噬一顆白矮星的過程。

這是人類首次捕捉到如此極端的黑洞“進食”現場場景，并實現“拍照”取得直接證據，從而刷新了人類對極端天體物理過程的認知。

天文學領域這項突破性的黑洞研究新進展，由中國科學院國家天文臺聯合鄭州大學、香港大學等40余家高校和科研院所的合作者共同完成，相關論文近日以封面文章形式在最新一期國際學術期刊《科學通報》(Science Bulletin)發表。

據國家天文臺天關衛星科學團隊介紹，天關衛星在巡天中，捕捉到一個異常明亮且急劇變化的X射線源EP250702a(因其伽馬射線耀發也被稱為GRB250702B)事件，其亮度變化、輻射節奏與光譜特征均與以往任何已知的爆發顯著不同。

隨后，全球多臺望遠鏡將“鏡頭”對準該事件區域，展開一場跨波段的聯合觀測。

“萬星瞳”“風行天”珠聯璧合

天關衛星科學團隊稱，此次發現的核心，在于天關衛星搭載有獨特而互補的兩臺X射線望遠鏡——昵稱“萬星瞳”的寬視場X射線望遠鏡(WXT)和昵稱“風行天”的后隨X射線望遠鏡(FXT)。

2025年7月2日，“萬星瞳”在例行巡天觀測中，發現一例突然出現的，存在劇烈光變的暫現源。與此同時，美國費米衛星也在相近時間探測到一系列能量極高、變化極快的伽馬射線爆發。進一步對“萬星瞳”歷史數據進行回溯分析，揭示出一個關鍵細節：早在伽馬射線爆發之前約一天，“萬星瞳”就已在同一位置探測到持續的X射線輻射。

在初始信號約15小時后，該源區發生一系列劇烈的X射線閃耀變，其最亮時的亮度躋身于宇宙中已知最亮的瞬間爆發事件之列。

國家天文臺李東悅博士表示，這個提前出現的X射線信號至關重要，表明這不是以伽馬射線閃亮開場的傳統伽馬射線暴，其“引擎”早已在X射線波段悄然啟動。

得益于“萬星瞳”提供的精確坐標，全球多臺大型望遠鏡迅速跟進，成功在多波段上鎖定了這一天體，確定其位于一個紅移1.04的星系外圍。“風行天”也迅速接管，對EP250702a事件進行高分辨率精細觀測。

后續觀測進一步揭示該天體的劇烈演化，“風行天”望遠鏡記錄下長達1個多月的完整變化過程：在經歷約1天的猛烈爆發后，其亮度在20天內驟降10萬倍以上。更關鍵的是，其晚期X射線輻射的能譜平均能量降低，低能(軟)X射線成分相對增加，這可能意味著一個新的、更“柔和”的輻射成分開始顯現。

李東悅指出，這些變化模式，與任何已知的伽馬射線暴或銀河系內爆發都截然不同。

勾勒爆發事件三重關鍵特征

在全球多臺望遠鏡的協同觀測下，EP250702a呈現出一系列突破常規的特征：它在數十億光年外多次爆發，持續輻射出極高能量，亮度極為驚人，且亮度和能譜在較長時間內發生快速而復雜的變化。這些特征交織在一起，無法用以往任何一種單一的天文事件模型對其進行圓滿解釋。

綜合觀測數據，天關衛星科學團隊勾勒出EP250702a事件的三重關鍵特征：X射線輻射早于伽馬射線爆發約1天，這與普通伽馬暴的典型模式不同，暗示其物理起源可能更為特殊；極高的亮度與高能輻射特征，表明物質很可能以接近光速、方向性極強的噴流形式向外拋出；事件發生于星系外圍，而非星系中心，這說明其背后的“引擎”并非通常位于星系核心的超大質量黑洞。

國家天文臺張文達副研究員認為，如果是大質量恒星自身坍縮并釋放出巨大能量，但這通常只會產生持續秒級到分鐘級的伽馬射線暴。這種持續時間極長、伴隨劇烈短時標耀發的現象，非常類似于罕見的帶噴流的黑洞瓦解恒星事件。

基于觀測事實，天關衛星科學團隊提出EP250702a事件一個物理上自洽的圖景：它是一個中等質量黑洞，撕裂并吞噬了一顆白矮星。

“衰減極快”“亮度極高”組合

本次事件中，X射線亮度衰減起始更早，噴流能量顯著高于以往所有觀測到的帶噴流的黑洞潮汐瓦解恒星事件。同時，其整體衰減時標遠短于此前幾例中等質量黑洞潮汐瓦解事件候選體，后者的衰減過程往往可持續數年。此外，該事件的X射線峰值亮度極高，超出所有已知同類事件至少一個量級，甚至可達百倍之多。

在天關衛星首席科學家、國家天文臺袁為民研究員看來，“衰減極快”與“亮度極高”這一組合特征表明，此次捕獲到被黑洞撕碎的恒星并非類似太陽的普通主序星，而很可能是一顆高密度白矮星。若是普通恒星被撕碎，物質回落與發光過程通常緩慢得多，往往持續數年甚至更久。

白矮星是恒星死亡后留下的、密度極高的致密殘骸，其平均密度可達太陽的百萬倍。理論研究表明，只有質量在數百倍到數十萬倍太陽質量之間的中等質量黑洞，才有能力在不“囫圇吞棗”的情況下，將如此致密的白矮星用潮汐力撕碎。這個過程預期會釋放出極其短暫而劇烈的能量，并伴隨著明亮且快速的噴流，與EP250702a展現出的快速演化和極端亮度完美匹配。

鄭州大學物理學院天體物理研究所青年教師楊俊解釋稱，費米衛星的伽馬射線數據為黑洞質量提供了關鍵約束，可以推算出本次研究黑洞的質量應小于7.5萬倍太陽質量。同時，事件發生在星系外圍，也排除了它起源于星系中心超大質量黑洞周圍的可能性。

國家天文臺金馳川研究員表示，超短時標、極高峰值光度以及爆發后期出現的軟X射線“余輝”，共同構成一幅連貫的物理圖景，也為中等質量黑洞撕裂白矮星這一“劇情”提供了強有力的支持。

打開天文學研究全新突破口

國際學界對EP250702a事件的起源意見不一，有研究提出，它可能源于恒星質量黑洞與一顆氦星的并合；有模型考慮恒星級黑洞撕裂普通恒星的可能性。

香港大學戴麗心教授指出，不同模型的并存恰恰體現了該事件的巨大科學價值，白矮星-中等質量黑洞模型能最自然地解釋其快速演化和極端能量輸出。

袁為民研究員表示，天關衛星的使命，正是去捕捉宇宙中那些難以預測的極端瞬變現象。EP250702a的發現，充分展現出“萬星瞳”獨特的監測能力。“它不僅證明我們能夠率先捕捉宇宙的極端瞬間，更體現了中國在全球天文探索中作出決定性貢獻的能力”。

天關衛星科學團隊總結說，EP250702a這一中等質量黑洞以噴流形式撕裂白矮星事件的發現研究，不僅有助于揭示中等質量黑洞這一長期“失蹤”的黑洞族群，也為研究黑洞生長、致密天體的最終命運，以及多信使天文學打開了全新的突破口。