深入虚空：探索巨椭圆星系的核心

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翻译：杨幸允

校对：牧夫校对组

编排：陈宏宇

后台：朱宸宇

https://aasnova.org/2026/05/11/into-the-void-investigating-the-heart-of-a-giant-elliptical-galaxy/

本篇文章的主角A402-BCG是一个巨椭圆星系，与图中的NGC 1316相似。图片来源：美国国家航天局（NASA）、欧洲空间局（ESA）、空间望远镜研究所（STScI）和大学天文研究联合组织（AURA）的哈勃传承团队（The Hubble Heritage Team）和空间望远镜研究所的保罗·豪德弗罗伊（P. Goudfrooij）

艾贝尔402（Abell 402）星系团中最明亮的星系中心有一个奇特的空洞。最新观测结果表明，一个极大质量黑洞或许正是造成这一结构的“挖掘者”。

星系团中心的中心

艾贝尔402是一个距离地球约40亿光年的星系团，其中心有一个名为A402-BCG的巨椭圆星系。天文学家利用哈勃空间望远镜深入观测这个星系的中心时，发现了一片黑暗区域；他们推测这可能是因为一团尘埃云遮挡了来自星系中心的星光。

韦布空间望远镜（JWST）和哈勃望远镜对A402-BCG的观测。除了哈勃望远镜此前观测到的黑暗空洞，这个星系中心还存在一个强红外辐射源。图片来源：麦克唐纳等人（2026）。

在一篇最新研究论文中，由麻省理工学院的迈克尔·麦克唐纳（Michael McDonald）带领的研究团队对这一黑暗区域进行了调查，来检验尘埃云假说并探索其他可能的解释。

麦克唐纳团队整合了来自韦布望远镜的近红外相机（Near-Infrared Camera）的新观测数据、哈勃望远镜的存档图像，和来自甚大望远镜（VLT）上的多元光谱探测仪（MUSE）的光谱观测数据。最新的韦布望远镜图像显示A402-BCG的中心存在一个显著的黑暗区域，而这旁边紧邻着一个明亮的辐射源。

并非被遮挡，而是不存在

如果A402-BCG中心的黑暗区域是一片尘埃云，那么在韦布望远镜观测到的近红外波段中，它的遮挡效应应该比哈勃望远镜观测到的光学波段的要弱。但是，在韦布望远镜的观测图像中，这片区域同样黑暗，这让研究团队排除了尘埃云假说。

相反，研究团队更倾向于这样一种解释：这一区域之所以显得黑暗并不是因为存在遮挡光线的尘埃，而是因为那里缺少恒星。团队估算，大约有相当于 20 亿个太阳质量的恒星“消失”了——它们约占星系中恒星总质量的 1%。更有意思的是，这个空洞位于一个范围更大、面亮度恒定，被称为“（星系）核心”（core）的区域内；在这一区域中，恒星的数量本就低于预期。

A402-BCG中的空洞（下排）与艾贝尔1060中心星系的尘环（上排）的对比。中间一排的模拟观测展示了艾贝尔1060的中心星系在A402-BCG的红移距离下时的样子。结果显示，尘环的外观会随观测波长不同而变化，但 A402-BCG的空洞的外观却与波长无关。图片来源：改编自麦克唐纳等人（2026）

A402-BCG的动力学演化历史

麦克唐纳和合作者们提出，A402-BCG的核心和空洞中缺失的恒星可能是被至少一个超大质量黑洞双星系统抛射出去的。他们估计，这个直径约6500光年的核心区域是被一个质量约为500亿倍太阳质量的黑洞“挖空”的。这一巨大的黑洞可能源自一次过去的星系并合事件，并很可能位于空洞边缘的强红外区域，因为这个天体的光谱能量分布和一个正在活跃吸积物质的黑洞非常相似。

多元光谱探测仪在A402-BCG中观测到的高度电离气体。右侧蓝移的辐射源与强红外源位置重合，而左侧红移的辐射源似乎嵌在一个更大的电离包层中。图片来源：改编自麦克唐纳等人（2026）。

多元光谱探测仪的光谱观测为第二个黑洞提供了证据。这些数据揭示了两个电离气体区域——一个与强红外源重合，另一个在空洞的另一侧——而且还有两组不同的发射线，这与一个总质量为600±200亿倍太阳质量的黑洞双星系统一致。（研究团队指出，关于第二个辐射源还有其他解释，例如致密的星暴区域，可能性较低，但不能完全排除。）

研究团队更倾向于这样一种情景：这些黑洞正慢慢地螺旋靠近彼此，在移动过程中不断将恒星从星系中心抛射出去，并在核心区域雕刻出一个严重缺少恒星的空洞。这个恒星的空洞位于一个更大范围的恒星稀疏区域之内；这个区域是被过去的一次让现在星系中心的极大质量黑洞所诞生的超大质量黑洞并合事件掏空的。模拟结果表明，在任何给定时刻，只有约0.5%的大质量星系处于这一演化阶段，所以我们或许正好观测到了A402-BCG的一个非常引人注目的瞬间——这为在其他星系中寻找正在发生的黑洞并合提供了新的线索。

论文原文：doi:10.3847/2041-8213/ae5bbe

责任编辑：郭皓存

牧夫新媒体编辑部

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图片来源：美国国家航空航天局