百亿光年外星系亮度20年骤降95%，超大质量黑洞“燃料”快速耗尽

IT之家 4 月 12 日消息，据 Subaru Telescope 报道，由日本千叶工业大学一名研究人员领衔的国际团队，发现了一个极为罕见的天文现象：一个距离地球约 100 亿光年的星系，其亮度在短短 20 年内骤降至原先的二十分之一。研究人员结合多波段观测数据与跨度数十年的存档资料分析后得出结论，此次亮度衰减是由流入星系中心超大质量黑洞的气体量急剧减少所致。这一发现表明，超大质量黑洞的活动强度，能够在人类一生可观测的短时间尺度内发生剧烈变化。

图 1：：星系 J0218−0036（红移 1.8；约 100 亿光年外）的可见光图像超大质量黑洞活动骤减

据IT之家了解，绝大多数星系的中心都存在一个超大质量黑洞，其质量可达太阳的数亿倍。在部分情况下，黑洞强大的引力会将周围气体向内牵引。气体在向黑洞螺旋靠近的过程中，会形成一种被称为吸积盘的结构。吸积盘内的摩擦作用将气体加热至极高温度，释放出巨大能量，使得星系核心区域异常明亮（图 2 左）。这类高亮度区域被称作活动星系核（AGN）。

图 2：艺术家对活跃星系核处于明亮阶段（左）和昏暗阶段（右）的构想图

然而，若因某种原因导致流入吸积盘的气体量减少，黑洞释放的辐射便会减弱，星系核心也随之变暗（图 2 右）。最新观测结果显示，该星系恰好进入了这一阶段 —— 其中心黑洞的活动强度快速衰退。

巡天数据揭示剧烈变暗现象

这支国际合作团队成员来自千叶工业大学、德国波茨坦大学、富山大学、西班牙加那利天体物理研究所、日本国家天文台及立命馆大学。团队对比了斯隆数字巡天（SDSS）与昴星团望远镜主焦点相机（HSC）的观测图像，发现该星系的视亮度在约 20 年间降至原本的二十分之一（图 1）。活动星系核的亮度通常波动幅度仅为 30% 左右，如此大幅的亮度衰减极为罕见。团队随即利用加那利大型望远镜（GTC）开展后续观测，并对该天体展开全面研究。

研究人员通过昴星团望远镜与凯克天文台完成了全新的光学及近红外观测，同时开展了射电波段观测。此外，他们还分析了存档的 X 射线、红外数据，以及约 70 年前拍摄的照相底板，整合了多波段、跨时域的全部观测信息。

黑洞“燃料”耗尽

通过将光学与红外波段的亮度变化观测结果与理论模型对比，研究人员估算出：在仅约 7 年时间内，气体从吸积盘流入黑洞的速率 —— 即质量吸积率，降至此前水平的五十分之一左右。这意味着为黑洞提供物质补给的来源可能正在快速中断。

研究团队曾考虑另一种可能性：吸积盘前方的尘埃云暂时遮挡了光线。但该假说无法解释从光学至红外全波段观测到的亮度变化，因此被排除。结果表明，吸积盘自身的物理状态很可能发生了剧烈改变。究竟是何种机制引发了如此快速的变化，目前尚不明确，仍需进一步观测与理论研究加以阐释。

快于预期：重新审视吸积模型

此次发现证实，星系中心超大质量黑洞的活动，可在短短数年至数十年的时间尺度内发生剧烈变化，这一时长完全处于人类一生可观测的范围内。在此之前，学界普遍认为活动星系核中超大质量黑洞的质量吸积过程，变化周期长达数万年甚至更久。这一新成果对这一长期主流观点提出了挑战。

该研究负责人、千叶工业大学天文研究中心首席研究员诸友智树表示：“活动星系核能在如此短时间内发生亮度剧变，且这一衰减现象似乎源于超大质量黑洞吸积率的大幅变化，令人惊叹。我们希望借助主焦点相机等广角巡天数据，发现更多此类天体，进而探明超大质量黑洞的活动如何停止与重启。”

主要负责理论解读的合著者、富山大学川口俊浩补充道：“该天体表现出的快速光变无法用标准模型解释，它为构建全新理论模型提供了关键检验样本。我们将探究何种物理条件能够复现观测到的现象。”

广角巡天的科研价值

广角巡天能够高效观测天区中大量天体，已成为现代天文学的重要发展趋势。本研究证实，整合多波段、跨时域数据，可揭示超大质量黑洞活动的长期演化规律。若未来广角成像巡天能发现更多变暗或休眠的活动星系核，将为研究星系及其中心黑洞的协同演化提供关键线索。

该研究成果已于 2025 年 11 月 4 日发表于《日本天文学会公报》（PASJ）。本文含图 1 在内的相关图像，还被选为 2025 年 12 月《日本天文学会公报》的封面。