大质量黑洞不总在中心：科研人员首次在矮星系中获得直接观测证据

IT之家 9 月 6 日消息，在传统印象中，大质量黑洞往往“盘踞”在星系中心。然而，中国科学院上海天文台安涛研究员带领的国际团队在距地球约 2.3 亿光年的矮星系里发现了一个“不安分”的黑洞。

这个黑洞并未处在星系核心，而是偏离中心约 3 千光年，并且喷射出射电喷流。科研人员发现，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。

▲ 艺术示意图

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。

IT之家查询获悉，相关成果于今日早些时候发表在《科学通报》上（https://doi.org/ 10.1016 / j.scib.2025.09.001）。

黑洞不总在星系中心

在我们习惯的宇宙图景里，大质量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”。这些“流浪黑洞”（wandering black hole），就像迷路的旅人，在宇宙中四处游荡。

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。

新发现：矮星系中的“射电迷途黑洞”

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（IFU）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。”

稀缺性：为什么“这一个”尤为重要？

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”，论文合作者，西班牙空间科学研究所 (ICE-CSIC) 研究员 Mar Mezcua 强调：“尤其是在矮星系中，要获得明确的游离 AGN 观测证据极为困难，因此此类发现极为稀有。”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。

科学突破：黑洞成长的另一种路径

过去主流观点认为，大质量黑洞主要在星系中心、依托“中央气体库”集中进食而迅速长大。该研究则以一个 IMBH 量级的离核、原位吸积来源，证明黑洞不在中心也能稳定吸积并形成喷流。这为早期宇宙超大质量黑洞的“分布式进食 / 多点生长”提供了实证支撑。“这促使我们思考，早期宇宙中的黑洞成长未必只靠在星系中心‘一口气吃胖’，也可能依赖在星系各处的零散进食与后续并合，从而在不足十亿年的时间内成长为上亿倍太阳质量的庞然大物。”安涛研究员指出。此外，黑洞虽然位于“郊区”也能对宿主环境产生影响。流浪黑洞也能喷射出强劲的物质流，向周围气体注入能量、扰动动力学并调控恒星形成。这激发我们重新审视黑洞 — 星系共演化：黑洞不只是中心“引擎”，还可能在星系外侧悄然改写宿主的生命历程。

展望：揭开“隐形黑洞”的宇宙族群

这项研究让“流浪黑洞”从理论猜想（“猜得到”）变为直接观测（“看得见”）。随着下一代望远镜到来，“迷途黑洞”或许不再罕见，只是我们以前看得还不够清楚。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。

左上图为光学积分视场单元光谱图，右上图为对应像素的 BPT 诊断图，利用星系光谱里几条特定发射线的比例，来区分星系的电离源来自恒星形成和活动星系核的贡献。左下图为光学观测图与射电 FIRST 巡天观测等值线。右下图射电射电甚长基线干涉阵列 VLBA 观测到的核-喷流结构。

该研究由安涛研究员担任通讯作者，刘媛琪助理研究员担任第一作者。此项研究由中国科学院上海天文台、中国科学院高能物理研究所，以及西班牙、瑞典、韩国等国家的多家研究机构合作完成。