百億光年外星系亮度20年驟降95%，超大質量黑洞“燃料”快速耗盡

IT之家 4 月 12 日消息，據 Subaru Telescope 報道，由日本千葉工業大學一名研究人員領銜的國際團隊，發現了一個極為罕見的天文現象：一個距離地球約 100 億光年的星系，其亮度在短短 20 年內驟降至原先的二十分之一。研究人員結合多波段觀測數據與跨度數十年的存檔資料分析后得出結論，此次亮度衰減是由流入星系中心超大質量黑洞的氣體量急劇減少所致。這一發現表明，超大質量黑洞的活動強度，能夠在人類一生可觀測的短時間尺度內發生劇烈變化。

圖 1：：星系 J0218?0036（紅移 1.8；約 100 億光年外）的可見光圖像超大質量黑洞活動驟減

據IT之家了解，絕大多數星系的中心都存在一個超大質量黑洞，其質量可達太陽的數億倍。在部分情況下，黑洞強大的引力會將周圍氣體向內牽引。氣體在向黑洞螺旋靠近的過程中，會形成一種被稱為吸積盤的結構。吸積盤內的摩擦作用將氣體加熱至極高溫度，釋放出巨大能量，使得星系核心區域異常明亮（圖 2 左）。這類高亮度區域被稱作活動星系核（AGN）。

圖 2：藝術家對活躍星系核處于明亮階段（左）和昏暗階段（右）的構想圖

然而，若因某種原因導致流入吸積盤的氣體量減少，黑洞釋放的輻射便會減弱，星系核心也隨之變暗（圖 2 右）。最新觀測結果顯示，該星系恰好進入了這一階段 —— 其中心黑洞的活動強度快速衰退。

巡天數據揭示劇烈變暗現象

這支國際合作團隊成員來自千葉工業大學、德國波茨坦大學、富山大學、西班牙加那利天體物理研究所、日本國家天文臺及立命館大學。團隊對比了斯隆數字巡天（SDSS）與昴星團望遠鏡主焦點相機（HSC）的觀測圖像，發現該星系的視亮度在約 20 年間降至原本的二十分之一（圖 1）。活動星系核的亮度通常波動幅度僅為 30% 左右，如此大幅的亮度衰減極為罕見。團隊隨即利用加那利大型望遠鏡（GTC）開展后續觀測，并對該天體展開全面研究。

研究人員通過昴星團望遠鏡與凱克天文臺完成了全新的光學及近紅外觀測，同時開展了射電波段觀測。此外，他們還分析了存檔的 X 射線、紅外數據，以及約 70 年前拍攝的照相底板，整合了多波段、跨時域的全部觀測信息。

黑洞“燃料”耗盡

通過將光學與紅外波段的亮度變化觀測結果與理論模型對比，研究人員估算出：在僅約 7 年時間內，氣體從吸積盤流入黑洞的速率 —— 即質量吸積率，降至此前水平的五十分之一左右。這意味著為黑洞提供物質補給的來源可能正在快速中斷。

研究團隊曾考慮另一種可能性：吸積盤前方的塵埃云暫時遮擋了光線。但該假說無法解釋從光學至紅外全波段觀測到的亮度變化，因此被排除。結果表明，吸積盤自身的物理狀態很可能發生了劇烈改變。究竟是何種機制引發了如此快速的變化，目前尚不明確，仍需進一步觀測與理論研究加以闡釋。

快于預期：重新審視吸積模型

此次發現證實，星系中心超大質量黑洞的活動，可在短短數年至數十年的時間尺度內發生劇烈變化，這一時長完全處于人類一生可觀測的范圍內。在此之前，學界普遍認為活動星系核中超大質量黑洞的質量吸積過程，變化周期長達數萬年甚至更久。這一新成果對這一長期主流觀點提出了挑戰。

該研究負責人、千葉工業大學天文研究中心首席研究員諸友智樹表示：“活動星系核能在如此短時間內發生亮度劇變，且這一衰減現象似乎源于超大質量黑洞吸積率的大幅變化，令人驚嘆。我們希望借助主焦點相機等廣角巡天數據，發現更多此類天體，進而探明超大質量黑洞的活動如何停止與重啟。”

主要負責理論解讀的合著者、富山大學川口俊浩補充道：“該天體表現出的快速光變無法用標準模型解釋，它為構建全新理論模型提供了關鍵檢驗樣本。我們將探究何種物理條件能夠復現觀測到的現象。”

廣角巡天的科研價值

廣角巡天能夠高效觀測天區中大量天體，已成為現代天文學的重要發展趨勢。本研究證實，整合多波段、跨時域數據，可揭示超大質量黑洞活動的長期演化規律。若未來廣角成像巡天能發現更多變暗或休眠的活動星系核，將為研究星系及其中心黑洞的協同演化提供關鍵線索。

該研究成果已于 2025 年 11 月 4 日發表于《日本天文學會公報》（PASJ）。本文含圖 1 在內的相關圖像，還被選為 2025 年 12 月《日本天文學會公報》的封面。