哈勃望远镜精准锁定“流浪”超大质量黑洞位置

在距地球6亿光年的深邃宇宙黑暗中，天文学家利用NASA的望远镜发现了一个“太空大白鲨”，一个潜伏在星际间、吞噬迷失恒星的隐形怪物。这个狡猾的黑洞通过一次新发现的潮汐瓦解事件（TDE）暴露了行踪：一颗倒霉的恒星被它撕裂并吞噬，释放出耀眼的辐射。TDE事件是研究黑洞物理的重要窗口，能揭示黑洞吞噬恒星时产生喷流与风的条件，并在望远镜中表现为明亮的天体。

这个新的TDE事件被命名为AT2024tvd。天文学家通过NASA的哈勃太空望远镜首次锁定了一个游荡的超大质量黑洞。NASA的钱德拉X射线天文台和国家射电天文台的甚大阵列望远镜也观测到了该事件，证实该黑洞的位置偏离了其所在星系的中心。

相关研究论文将发表在即将出版的《天体物理学快报》上。

左上：一个漂泊在星系内的超大质量黑洞的剪影；

上中：一颗黄色恒星靠近黑洞；

接下来的三格：恒星被撕碎成明亮的同心环带，最终发生白色爆炸；

右下：从远处看，星系中出现一个偏离核心的明亮爆发点，可见于X射线和可见光中。

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

惊人发现

这个黑洞质量约为太阳的100万倍，却并不位于星系中心——通常那里才是超大质量黑洞的地盘。过去通过光学巡天共记录到约100次TDE事件，但这次是首次发现位置偏离星系中心的TDE，其余都位于星系中央黑洞处。

事实上，该星系中心已有一个质量达太阳1亿倍的活跃黑洞，在吸积气体的同时释放能量。哈勃精确测定，AT2024tvd发生位置仅距这个中心黑洞2600光年，比太阳到银河系中心的距离小十倍。

虽然这两个黑洞共处同一星系，但彼此之间并无引力绑定，不构成双黑洞系统。这个较小的黑洞未来可能会逐渐向中心螺旋运动，最终与大黑洞合并，但目前它离得还太远。

TDE原理回顾

TDE是当恒星被黑洞强大潮汐力拉伸成细丝状（即“意大利面化”）时发生的现象。恒星残骸形成环绕黑洞的盘状结构，产生强烈的冲击波和高温辐射，能够被紫外和可见光望远镜观测到。

研究主要作者、加州大学伯克利分校的姚雨涵（Yuhan Yao）表示：
“AT2024tvd是光学巡天首次捕获的偏心TDE，为未来巡天发现游荡黑洞这一隐秘种群开启了新可能。目前理论界对偏移TDE关注较少，我相信这项发现会激励大家寻找更多此类事件。”

发现过程

当这个“吃星星的黑洞”大快朵颐时，地面望远镜首先探测到了一次如超新星般明亮的闪光。但不同于超新星，这次爆发极为炽热，光谱中有宽展的氢、氦、碳、氮、硅等发射线，表明其来自黑洞吞噬恒星。此事件由加州理工帕洛玛天文台的Zwicky瞬变设施（ZTF）率先发现，它每两天扫描整个北天一次。

“潮汐瓦解事件是发现那些我们无法直接探测的超大质量黑洞的极好工具，”ZTF团队成员、伯克利副教授Ryan Chornock说，“理论上我们认为存在一类偏离星系中心的黑洞，如今我们可以用TDE来寻找它们。”

多项巡天结果（Pan-STARRS、斯隆数字巡天、DESI遗产成像调查）表明爆发点确实偏离星系核心。姚团队进一步用钱德拉X射线天文台确认了X射线也偏离星系中心。而哈勃的紫外成像和高分辨能力最终确认了这一偏移位置。

图像中心为一个橘黄色模糊椭圆，延伸方向从10点钟至4点钟。一个明亮的白点偏离核心位于椭圆左上。右下有一个小得多的橘色圆盘。背景为黑色太空。

这是一张哈勃望远镜拍摄的遥远星系图像，显示了一个游荡超大质量黑洞的痕迹。

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

黑洞起源之谜

该黑洞隐藏在巨大星系的核心隆起区内。它每隔几万年才通过吞星“打个嗝”暴露自身，然后再次陷入沉寂。

那它为何会离开星系中心？理论研究显示，当星系核心存在三个黑洞时，质量最小者可能因三体引力相互作用被“踢出”中心。这可能就是该黑洞的位置来源。

另一个可能性是，这个黑洞原属于一个小星系，10多亿年前与当前宿主星系发生合并。若如此，它最终也可能向星系中心螺旋移动并合并。但目前尚无法确定它究竟是“前来投奔”，还是“正在逃离”。

参与研究的伯克利研究员Erica Hammerstein审查了哈勃图像，但未找到星系合并的直接证据。她表示：“尽管如此，星系合并确实有增强TDE频率的证据。而AT2024tvd所在星系中存在第二个黑洞，表明过去确实可能发生过合并。”

未来展望

哈勃、钱德拉这类专注于不同波段的天文台协同合作，有助于准确定位并深入理解这类瞬变事件。未来的望远镜——如国家科学基金会的维拉·鲁宾天文台（Vera C. Rubin）和NASA的南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope）将进一步提高这类事件的捕捉率，并提供更多后续观测机会。

参考

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