韦伯望远镜首次观测，MIT确认4个星系曾撕裂恒星，均来自休眠黑洞

潮汐瓦解事件（TDEs）是指当星系中心的黑洞将一颗邻近恒星吸近，潮汐力将其撕成碎片，释放出巨大能量的过程。自 1990 年代以来，科学家已探测到约 100 起此类事件，通常表现为在无尘或低尘星系中闪耀的 X 射线或可见光。

近日，来自麻省理工学院、哥伦比亚大学及其他机构的天文学家们，利用美国宇航局的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST），穿透附近星系的尘埃，窥探到了黑洞“吞噬恒星”之后的余波。

在之前的工作中，该团队发现，TDE 释放的大部分 X 射线和可见光会被星系尘埃遮挡，传统望远镜难以捕捉。然而，同一次爆发也会加热周围尘埃，产生新的信号——红外辐射。

基于此，研究团队利用世界最强红外探测器韦伯望远镜，对四个“尘雾重重”的星系进行观测。在尘埃之中，韦伯望远镜清晰地检测到了恒星残骸等物质在黑洞周围旋转并最终被吞噬的过程。望远镜还捕捉到与通常的活跃星系（中心黑洞持续吸积物质）截然不同的尘埃辐射模式。

综合观测结果，研究人员确认这四个星系均曾发生潮汐瓦解事件，并推断这些事件并非源自持续活跃的超大质量黑洞，而是原先几乎处于休眠状态的黑洞，直到一颗恒星近距离掠过而被“唤醒”。

“这是韦伯望远镜首次观测到的潮汐瓦解事件，它们与我们以往看到的任何现象都截然不同，”论文第一作者、麻省理工学院卡弗里天体物理与空间研究所的研究生 Megan Masterson表示。“我们已经确认这些事件确实是由黑洞吸积驱动的，但它们的环境与常见活跃黑洞周围的环境并不相同。如今，我们终于可以研究休眠黑洞所处的真实环境，这令人十分兴奋。”

该研究的麻省理工学院作者还包括 Christos Panagiotou、Erin Kara、Anna-Christina Eilers，以及哥伦比亚大学的 Kishalay De 和其他多家机构的合作者。本研究部分由 NASA 资助。

借助哥伦比亚大学合作者 Kishalay De 开发的算法，研究团队此前利用另一台红外探测器——NASA 近地天体广域红外巡天探测器（NEOWISE）进行了长达十年的探测研究。

研究团队在 NEOWISE 长达十年的数据中搜寻在原本宁静的星系中突然出现的红外辐射峰值。这些短暂闪光可能是黑洞短暂苏醒、吞噬路过恒星的信号。当时搜索共发现了约 12 个这样的信号，团队判断它们很可能源自潮汐瓦解事件。

“在那项研究中，我们找到了这 12 个看起来完全像 TDE 的源，”Masterson 说。“我们提出了许多论据：信号能量极高，且这些星系此前并不活跃，因此必然是突发的 TDE 所致。但除了零散线索外，并没有直接证据。”

凭借韦伯望远镜远高于 NEOWISE 的灵敏度，研究人员希望分辨出特定波长的红外辐射，它们将成为潮汐瓦解事件相关条件的明确“指纹”。

在新工作中，团队专门寻找一种仅由黑洞吸积产生的红外峰值。黑洞吸积是指物质在旋转的气盘中被拉向黑洞的过程。该吸积盘释放出巨量辐射，强度足以将单个原子中的电子踢出。尤其是，这种吸积过程会把氖原子的多个电子轰离，形成的离子随后跃迁，在韦布望远镜能够探测的极特定波长上发出红外辐射。

“除了黑洞吸积，宇宙中没有任何机制能把气体激发到这种能量。”Masterson 表示。

研究人员在他们之前锁定的 12 个 TDE 候选体中，挑出 4 个进一步验证。这 4 个信号包括：迄今最近的一起潮汐瓦解事件，发生在约 1.3 亿光年外的星系；一起同时出现 X 射线爆发的 TDE；一个可能源于气体以极高速度绕中心黑洞旋转产生的信号；以及一个曾被认为是超新星（濒死恒星坍缩）而非 TDE 的光学闪变。

“这 4 个信号是我们最接近‘板上钉钉’的案例，”Masterson 说，“但韦布数据让我们能够明确地说它们就是真正的 TDE。”

在 Kishalay 设计的观测计划下，团队用韦伯指向这 4 个星系，结果在全部四个源中都观测到决定性的光谱线。这些测量证实，所有四个星系都出现了黑洞吸积。但问题仍在：这种吸积是由潮汐瓦解触发、黑洞短暂苏醒并吞噬恒星的临时现象？还是活跃黑洞长期吸积的常态特征？若是后者，则 TDE 的可能性就小得多。

为区分这两种情形，团队利用韦布探测了另一段红外波长，该波长指示硅酸盐亦即星系尘埃的存在。随后，他们在每个星系中绘制了尘埃分布图，并与已知中心黑洞持续吸积的活跃星系进行对比——后者的尘埃通常呈团块、甜甜圈状。Masterson 发现，这四个源的尘埃模式与典型活跃星系截然不同，表明这些星系中心的黑洞平常并不活跃，而是处于休眠状态。因此，如果吸积盘确实形成，那必定是一次潮汐瓦解事件的结果。

“综合来看，这些观测说明这些耀斑只能是 TDE。”Masterson 表示。

其与合作者计划继续利用 NEOWISE、韦伯及其他红外望远镜，挖掘更多此前被隐藏的潮汐瓦解事件。足够多的样本将使 TDE 成为探测黑洞性质的有效探针。例如，恒星被撕裂的比例、残骸被吸积和吞噬的速率，都能揭示黑洞的基本属性，如质量和自旋。

“黑洞吞噬全部恒星物质的过程其实耗时很长，”Masterson 说，“并非瞬间完成。希望我们能开始测量这一过程持续多久，以及那环境究竟长什么样。没人真正知道，因为我们才刚刚着手发现和系统研究这些事件。”

1.https://news.mit.edu/2025/astronomers-discover-star-shredding-black-holes-hiding-in-dusty-galaxies-0724