人类首次！中国天关卫星或捕捉到中等质量黑洞撕裂白矮星

来源：中国新闻网

作为宇宙中引力极其强大、连光都无法逃脱的致密天体，黑洞是如何吞噬周边天体的？其“进食”过程一直以来备受关注。

中等质量黑洞“进食”白矮星

来自中国科学院国家天文台的最新消息说，天文学家通过对中国天关卫星(爱因斯坦探针，英文缩写EP)巡天捕获的、编号为EP250702a的高能宇宙爆发事件的最新研究，认为它很可能是一个中等质量黑洞撕裂并吞噬一颗白矮星的过程。

这是人类首次捕捉到如此极端的黑洞“进食”现场场景，并实现“拍照”取得直接证据，从而刷新了人类对极端天体物理过程的认知。

天文学领域这项突破性的黑洞研究新进展，由中国科学院国家天文台联合郑州大学、香港大学等40余家高校和科研院所的合作者共同完成，相关论文近日以封面文章形式在最新一期国际学术期刊《科学通报》(Science Bulletin)发表。

据国家天文台天关卫星科学团队介绍，天关卫星在巡天中，捕捉到一个异常明亮且急剧变化的X射线源EP250702a(因其伽马射线耀发也被称为GRB250702B)事件，其亮度变化、辐射节奏与光谱特征均与以往任何已知的爆发显著不同。

随后，全球多台望远镜将“镜头”对准该事件区域，展开一场跨波段的联合观测。

“万星瞳”“风行天”珠联璧合

天关卫星科学团队称，此次发现的核心，在于天关卫星搭载有独特而互补的两台X射线望远镜——昵称“万星瞳”的宽视场X射线望远镜(WXT)和昵称“风行天”的后随X射线望远镜(FXT)。

2025年7月2日，“万星瞳”在例行巡天观测中，发现一例突然出现的，存在剧烈光变的暂现源。与此同时，美国费米卫星也在相近时间探测到一系列能量极高、变化极快的伽马射线爆发。进一步对“万星瞳”历史数据进行回溯分析，揭示出一个关键细节：早在伽马射线爆发之前约一天，“万星瞳”就已在同一位置探测到持续的X射线辐射。

在初始信号约15小时后，该源区发生一系列剧烈的X射线闪耀变，其最亮时的亮度跻身于宇宙中已知最亮的瞬间爆发事件之列。

国家天文台李东悦博士表示，这个提前出现的X射线信号至关重要，表明这不是以伽马射线闪亮开场的传统伽马射线暴，其“引擎”早已在X射线波段悄然启动。

得益于“万星瞳”提供的精确坐标，全球多台大型望远镜迅速跟进，成功在多波段上锁定了这一天体，确定其位于一个红移1.04的星系外围。“风行天”也迅速接管，对EP250702a事件进行高分辨率精细观测。

后续观测进一步揭示该天体的剧烈演化，“风行天”望远镜记录下长达1个多月的完整变化过程：在经历约1天的猛烈爆发后，其亮度在20天内骤降10万倍以上。更关键的是，其晚期X射线辐射的能谱平均能量降低，低能(软)X射线成分相对增加，这可能意味着一个新的、更“柔和”的辐射成分开始显现。

李东悦指出，这些变化模式，与任何已知的伽马射线暴或银河系内爆发都截然不同。

勾勒爆发事件三重关键特征

在全球多台望远镜的协同观测下，EP250702a呈现出一系列突破常规的特征：它在数十亿光年外多次爆发，持续辐射出极高能量，亮度极为惊人，且亮度和能谱在较长时间内发生快速而复杂的变化。这些特征交织在一起，无法用以往任何一种单一的天文事件模型对其进行圆满解释。

综合观测数据，天关卫星科学团队勾勒出EP250702a事件的三重关键特征：X射线辐射早于伽马射线爆发约1天，这与普通伽马暴的典型模式不同，暗示其物理起源可能更为特殊；极高的亮度与高能辐射特征，表明物质很可能以接近光速、方向性极强的喷流形式向外抛出；事件发生于星系外围，而非星系中心，这说明其背后的“引擎”并非通常位于星系核心的超大质量黑洞。

国家天文台张文达副研究员认为，如果是大质量恒星自身坍缩并释放出巨大能量，但这通常只会产生持续秒级到分钟级的伽马射线暴。这种持续时间极长、伴随剧烈短时标耀发的现象，非常类似于罕见的带喷流的黑洞瓦解恒星事件。

基于观测事实，天关卫星科学团队提出EP250702a事件一个物理上自洽的图景：它是一个中等质量黑洞，撕裂并吞噬了一颗白矮星。

“衰减极快”“亮度极高”组合

本次事件中，X射线亮度衰减起始更早，喷流能量显著高于以往所有观测到的带喷流的黑洞潮汐瓦解恒星事件。同时，其整体衰减时标远短于此前几例中等质量黑洞潮汐瓦解事件候选体，后者的衰减过程往往可持续数年。此外，该事件的X射线峰值亮度极高，超出所有已知同类事件至少一个量级，甚至可达百倍之多。

在天关卫星首席科学家、国家天文台袁为民研究员看来，“衰减极快”与“亮度极高”这一组合特征表明，此次捕获到被黑洞撕碎的恒星并非类似太阳的普通主序星，而很可能是一颗高密度白矮星。若是普通恒星被撕碎，物质回落与发光过程通常缓慢得多，往往持续数年甚至更久。

白矮星是恒星死亡后留下的、密度极高的致密残骸，其平均密度可达太阳的百万倍。理论研究表明，只有质量在数百倍到数十万倍太阳质量之间的中等质量黑洞，才有能力在不“囫囵吞枣”的情况下，将如此致密的白矮星用潮汐力撕碎。这个过程预期会释放出极其短暂而剧烈的能量，并伴随着明亮且快速的喷流，与EP250702a展现出的快速演化和极端亮度完美匹配。

郑州大学物理学院天体物理研究所青年教师杨俊解释称，费米卫星的伽马射线数据为黑洞质量提供了关键约束，可以推算出本次研究黑洞的质量应小于7.5万倍太阳质量。同时，事件发生在星系外围，也排除了它起源于星系中心超大质量黑洞周围的可能性。

国家天文台金驰川研究员表示，超短时标、极高峰值光度以及爆发后期出现的软X射线“余辉”，共同构成一幅连贯的物理图景，也为中等质量黑洞撕裂白矮星这一“剧情”提供了强有力的支持。

打开天文学研究全新突破口

国际学界对EP250702a事件的起源意见不一，有研究提出，它可能源于恒星质量黑洞与一颗氦星的并合；有模型考虑恒星级黑洞撕裂普通恒星的可能性。

香港大学戴丽心教授指出，不同模型的并存恰恰体现了该事件的巨大科学价值，白矮星-中等质量黑洞模型能最自然地解释其快速演化和极端能量输出。

袁为民研究员表示，天关卫星的使命，正是去捕捉宇宙中那些难以预测的极端瞬变现象。EP250702a的发现，充分展现出“万星瞳”独特的监测能力。“它不仅证明我们能够率先捕捉宇宙的极端瞬间，更体现了中国在全球天文探索中作出决定性贡献的能力”。

天关卫星科学团队总结说，EP250702a这一中等质量黑洞以喷流形式撕裂白矮星事件的发现研究，不仅有助于揭示中等质量黑洞这一长期“失踪”的黑洞族群，也为研究黑洞生长、致密天体的最终命运，以及多信使天文学打开了全新的突破口。