宇宙流浪杀手现形！一颗恒星临死前惨叫，暴露离家3500光年的黑洞

黑洞没有东西可吞时，几乎是隐形的。但一颗不幸路过的恒星，可能会在被撕碎的那一刻，把这个隐藏的杀手暴露在天文学家眼前。

国际天文团队近日在预印本平台arXiv上发表研究，把一次恒星毁灭事件追溯到一个大质量黑洞身上。

令人意外的是，这个黑洞并不待在星系中心，而是远离中心约3500光年。

这一发现让人们难得地一睹所谓“流浪黑洞”的真容，同时也抛出一个新问题：它怎么会跑到离家这么远的地方？

天文学家一直怀疑，宇宙中游荡着大量这样的“流浪黑洞”，但由于它们太难被发现，确凿的样本至今仍十分稀少。

恒星之死，照亮隐身的黑洞

大多数大质量黑洞都坐镇在星系中心。在那里，它们有时会通过吞噬周围物质而“亮明身份”。

可如果黑洞游离在星系中心之外，又恰好没在“进食”，它就几乎不可能被发现。这次被研究的事件编号为TDE 2023mfm，它恰好展示了一颗恒星的毁灭如何让这类神出鬼没的天体现形。

所谓潮汐瓦解事件，是指恒星靠黑洞太近，被其强大引力硬生生撕裂。

恒星的残骸会环绕黑洞旋转，并发出明亮的耀斑，天文学家可以在不同波段捕捉到这道光。这就好比黑夜里一只看不见的猛兽，只有在扑倒猎物溅起火花的瞬间，才暴露出自己的位置。

2023年6月28日，美国加州理工学院运营的兹威基瞬变设施首先发现了TDE 2023mfm。

随后，研究人员调用了哈勃空间望远镜、雨燕卫星、凯克望远镜、利克天文台、钱德拉X射线天文台、XMM-牛顿卫星以及甚大天线阵等多台设备的观测数据。

每台仪器都提供了一条不同的线索，好比一桩悬案中，指纹、监控和证人证词各自拼出真相的一角。光学和紫外观测追踪耀斑的亮度和温度变化，光学光谱则帮助确定事件的类型。

研究人员在光谱中发现了一条宽阔的氢发射线，这是“富氢型”潮汐瓦解事件的典型特征。

在亮度达到峰值后的一个多月里，耀斑始终保持蓝色和高温，温度约为2.2万开尔文。它的光变曲线先升至峰值，然后逐渐暗淡，亮度维持在峰值一半以上的时间接近48天。

这一表现与另一个偏离中心的事件TDE 2024tvd十分相似，无论持续时间还是峰值亮度都颇为吻合。

3500光年外的“离家出走者”

最关键的证据，来自高分辨率的光学、紫外和射电观测。这些观测把耀斑定位在距离星系中心约1.08千秒差距、也就是大约3500光年的位置。

团队估算，这个肇事黑洞的质量约为太阳的100万到1000万倍，具体数值取决于所采用的计算方法。

作为对比，银河系中心的黑洞质量约为太阳的400万倍。也就是说，这个流浪者与我们银河系的“镇守者”大致属于同一量级。

研究人员没有探测到可以明确归因于这次瓦解事件的X射线辐射。虽然附近有一个微弱的X射线源，但它很可能来自星系的核心区域。

不过，缺少X射线并不能否定这是一次潮汐瓦解事件。一些类似事件在恒星被摧毁数年后，依然在X射线波段十分暗淡。

那么，这个黑洞是如何流落至此的？

一种可能是，它原本属于一个较小的星系，后来随着该星系与宿主星系合并而来。研究人员在同一位置发现了一个微弱的恒星群，质量约为太阳的1000万到1亿倍。

如果这群恒星正是那个小星系的残骸，那么它原有的大部分恒星物质，可能早已在合并过程中被剥离殆尽。

另一些解释认为，黑洞可能是在引力相互作用中被“甩”出了星系中心，或在黑洞合并后受到引力波反冲而被踢开。但宿主星系的中心依然存在一个黑洞，研究人员通过一个微弱的活动星系核识别出了它。

因此，小星系并入的说法较为合理，但现有观测还不足以确定这个流浪黑洞究竟是怎么来的。

姗姗来迟的射电信号

研究人员表示，射电辐射讲述的则是另一个故事。与一些同类事件不同，TDE 2023mfm在早期并没有被探测到射电辐射。

直到光学发现后约991天，也就是大约2.7年后，一个微弱的射电信号才缓缓出现，并且演化得十分缓慢。

这道迟到的信号可能来自瓦解事件抛出的物质外流，但现有观测还无法确定它的确切来源。

周围气体环境的差异，或者我们观察这一事件的角度不同，也可能是造成这种异常的原因。

如果黑洞周围的气体非常稀薄，外流物质就像在空旷的原野上奔跑，迟迟撞不上能让它“发声”的障碍物，射电信号自然姗姗来迟。

这项研究表明，把整个电磁波谱的观测结合起来，就能揪出常规搜索可能漏掉的黑洞。

团队认为，未来借助甚长基线干涉测量等更高分辨率的射电观测，有望测定射电源的大小，并弄清外流的本质。

对于即将投入使用的新一代巡天设备而言，类似的潮汐瓦解事件有望被大量发现，流浪黑洞的家族也可能因此迅速壮大。

找到更多偏离中心的黑洞，也将帮助天文学家理解星系如何合并，以及星系中心的黑洞如何演化。