原来，黑洞也会“不安分”地流浪！上海科学家发现星系边缘的“隐形旅人”

在传统印象中，黑洞往往“盘踞”在星系中心。然而，中国科学院上海天文台科研人员在一个距离地球约2.3亿光年的矮星系里发现了一个“不安分”的黑洞，它没有待在星系核心，而是偏离中心近1千秒差距（约3千光年），并且喷射出射电喷流。这一近邻矮星系中的“离核、原位吸积、带喷流”黑洞，是目前红移最低、证据最扎实的案例之一。这项发现进一步强化了“黑洞增长并非仅限星系中心”的认识，也为理解早期宇宙中超大质量黑洞的快速生长提供了新视角。相关成果于2025年9月5日在线发表在《科学·通报》（Science Bulletin）上。

在我们习惯的宇宙图景里，黑洞常被视为星系的“心脏”。但越来越多的观测表明，某些黑洞并不老老实实待在星系中心，而是偏离核心，在星系盘或外侧边缘地带“游离”。这类天体被称为“流浪黑洞”，就像迷路的旅人，在宇宙中四处游荡。

艺术示意图，ChatGPT参与绘制

为什么要在矮星系里找它们？矮星系质量小、演化历史相对简单，它们就像“宇宙化石”，保存了早期黑洞成长的线索。理论预测，星系并合后的引力波反冲或者多体相互作用，容易让黑洞在浅引力势阱的矮星系里被踢出中心，成为在星系外围游荡的黑洞。一些模拟甚至指出，相当比例的矮星系黑洞会偏离中心达到一千秒差距量级，但长期以来缺少直接、明确的观测证据。

中国科学院上海天文台安涛研究员带领的国际团队把目光投向了一颗名为 MaNGA 12772-12704 的矮星系，它距离地球仅约 2.3亿光年（红移z≈0.017）。基于“近邻星系光谱巡天”（MaNGA）的积分视场光谱数据，科研人员发现这个星系呈现较弱的活动星系核（AGN）特征，星系整体形态规整、没有明显并合或双AGN迹象。但关键一点是，与之成协的射电辐射并不在星系的几何中心，而是偏离中心将近一千秒差距。

为了确认其本质，团队利用甚长基线阵列射电望远镜（VLBA），在1.6 GHz和4.9 GHz两个波段开展了深度成像。结果显示：该源与星系中心的角距离为2.68角秒（对应0.94千秒差距），射电核心亮温度超过十亿开尔文，在1.6 GHz图像上观测到沿东南方向延伸长约2.2秒差距（7.2光年）的射电辐射结构。这些都是典型的AGN特征。不仅如此，团队还系统梳理了1993—2023年间的档案数据，发现该源在几十年尺度上呈现非单调的“时强时弱”变化，符合“长期、原位吸积”的行为；这与超新星遗迹在数年时标内单调衰减的常见规律明显不同，从而有效排除了“伪装者”。结合其宿主星系恒星质量，黑洞质量的经验估计约为30万倍太阳质量，属于中等质量黑洞（IMBH）范畴。综合多个观测特征，可以确认：这是一个正在活跃吸积、拥有喷流的游离黑洞，而且是目前最临近（红移最低）的矮星系此类案例之一。刘媛琪助理研究员形象地比喻说：“就像一座被‘流浪黑洞’点燃的宇宙灯塔，它虽然离开了星系中心，却依旧在向外喷射能量。”

从更广阔的统计视角来看，这一发现尤为突出。在 3000多个MaNGA矮星系中，研究人员筛选出 628 个 AGN 候选体，其中约 62% 的源存在AGN偏离星系光学中心的现象，表明离核现象或许并不罕见。但“候选”并不等同于“确认”，安涛团队对600多个候选体进行了多级筛选，最终选出11个最有希望探测到射电辐射的目标，并利用最高灵敏度和分辨率进行跟踪观测。在这11个目标源的观测中，只有 MaNGA 12772-12704 同时具备“致密高亮温度、秒差距喷流、30 年时域光变”三重证据，成为目前唯一获得确证的案例。

论文亮点图

这项研究让“流浪黑洞”从理论猜想变为直接观测。随着下一代望远镜到来，“迷途黑洞”或许不再罕见——未来，极大口径光学望远镜将能精确测定矮星系的光学中心和结构，深度获取高分辨率光谱，分辨弱或被掩蔽的AGN特征，发现更多离核或游离黑洞候选体，扩展样本规模。

随着FAST核心阵和平方公里阵列射电望远镜（SKA）的建成，天文学家将有机会以更高灵敏度和分辨率进行系统巡天，探测到更微弱的射电信号，甚至直接分辨出亚秒差距级别的微型喷流，为偏核黑洞的确认和统计研究带来突破。或许，未来我们会意识到，宇宙中漂泊的黑洞并不罕见，它们像是星系边缘的“隐形旅人”，静默而深远地影响着星系的生命历程。

原标题：《原来，黑洞也会“不安分”地流浪！上海科学家发现星系边缘的“隐形旅人”》

栏目编辑：王蔚 图片来源：中国科学院上海天文台

来源：作者：新民晚报 郜阳