超大质量黑洞竟在短短数年内就“耗尽燃料”？

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主译：酥油饼

校对：甘林

审核：牧夫天文校对组

美编：张少岩

后台：王启儒

https://sorae.info/astronomy/20260402-quasar-rapid-dimming.html

宇宙之中的变化，在我们人类的感觉看来往往需要极其漫长的时间才能发生。然而这一次，天文学家报告了一项观测结果：在宇宙尺度上被称为“瞬间”的极短时间内，某个天体发生了剧烈的变化。

类星体亮度在约20年内骤降至原来的二十分之一

包括我们所在的银河系在内，许多星系的中心都被认为存在着一种质量高达太阳数十万倍至数十亿倍的天体——超大质量黑洞。

虽然黑洞本身不会发光，但当它以强大的引力吸积周围气体时，会形成一个旋转的“吸积盘”。这个盘内的气体在剧烈摩擦中被加热，从而释放出强烈的电磁辐射。这类位于星系中心的活跃区域被称为“活动星系核（AGN）”，其中最为明亮的，就被称为“类星体”。

由千叶工业大学天文学研究中心首席研究员诸隈智贵带领的国际研究团队，希望弄清活动星系核在漫长时间中是如何演化的。为此，他们主要关注的是对比“过去”和“现在”的大范围天区观测数据。

具体来说，他们将2000年代初实施的大规模巡天项目“斯隆数字巡天（SDSS）”的画像，与近年来日本国立天文台夏威夷观测所的昴星团望远镜所搭载的“超广视场主焦点相机（HSC）”获取的观测图像进行了对比分析。

在对海量天体数据进行比对分析后，一个现象浮现出来。约100亿年前（红移z=1.767）的类星体“SDSS J021801.90-003657.7”（简称 J0218-0036），其亮度在约20年间骤降至原来的二十分之一。

研究团队表示，在如此短时间内出现如此剧烈减光的类星体，此前几乎没有观测先例。

【▲ 不同时期观测到的类星体“J0218-0036”（箭头）。左边是2002年左右使用斯隆数字巡天（SDSS）拍摄的图像，右边则是2018年左右使用昴星团望远镜搭载的HSC拍摄的图像。（图片来源: SDSS、HSC-SSP/日本国立天文台）】

黑洞真的“没燃料了”吗？

那么，这种急剧变暗的现象究竟是如何产生的？研究人员利用同样位于夏威夷莫纳克亚山顶的凯克天文台的凯克望远镜进行后续观测，同时结合从X射线到红外波段的历史观测数据，甚至还参考了约70年前的天文照相底片，对该天体进行了详细分析。

通过多波段数据和理论模型比较得出的结果显示，为黑洞提供物质的吸积盘，其物理状态很可能发生了急剧的变化，导致气体流入量（即质量吸积率）急剧下降。换句话说，这个黑洞可能出现了类似“燃料耗尽”的状态。在将星系本身的光与活动星系核的光精确分离后，研究人员得出类星体本身的亮度实际上下降到了原来的约五十分之一。

研究团队也曾考虑过，光变弱了的原因是否是因为从地球来看位于黑洞前方的尘埃云遮挡了光线。但他们发现，从可见光到红外波段都出现了明显变化，这种特征无法用单纯的尘埃遮蔽来解释

【▲ 描绘了活动星系核明亮时期（左）和暗淡时期（右）的想象图。上面是星系整体，下面是把活动星系核放大的图像。在气体被吸积的明亮时期，存在于黑点状黑洞周围的吸积盘和其周围的气体与尘埃组成的圆环（甜甜圈状构造）熠熠生辉。（图片来源:千叶工业大学）】

宇宙尺度下的瞬间变化

期待今后也能发现类似的天体

这项研究成果最引人注目的地方，在于变化发生的速度。

至今为止，天文学家普遍认为活动星系核中黑洞吸积气体的变化通常需要数万年以上的时间逐渐显现。但如果换算到该类星体所在星系自身的时间尺度，这次观测到的“燃料耗尽”过程，仅用了大约短短的7年。这已经是在人类一生中完全可以观测到的时间范围，也因此颠覆了对现有的黑洞增长模型的认识。

未来，如果通过昴星团望远镜等大视场巡天观测，能够发现更多类似正在进入沉寂期的类星体，我们期待可以更加深入地理解超大质量黑洞的活动是如何停止与重新启动的、黑洞与其宿主星系之间是如何共同演化的这些问题。

责任编辑：甘林

牧夫新媒体编辑部

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