在我們習(xí)慣的宇宙圖景里，大質(zhì)量黑洞常被視為星系的“心臟”。但越來越多的觀測(cè)表明，某些黑洞并不老老實(shí)實(shí)待在星系中心，而是會(huì)偏離核心，在星系盤或外側(cè)邊緣地帶“游離”。這些“流浪黑洞”就像迷途的旅人，在宇宙中四處游蕩。

記者從中國科學(xué)院上海天文臺(tái)獲悉，該臺(tái)科研人員帶領(lǐng)國際團(tuán)隊(duì)，在一個(gè)距離地球約2.3億光年的矮星系里發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)“不安分”的黑洞。它沒有待在星系核心，而是偏離中心近一千秒差距（約3000光年），并且噴射出射電噴流。此項(xiàng)研究由中國科學(xué)院上海天文臺(tái)、中國科學(xué)院高能物理研究所，以及西班牙、瑞典、韓國等國家的多家研究機(jī)構(gòu)合作完成。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于《科學(xué)通報(bào)》英文版。

在近鄰矮星系中發(fā)現(xiàn)的這個(gè)“離核、原位吸積、帶噴流”黑洞，是目前紅移最低、證據(jù)最扎實(shí)的“流浪黑洞”案例之一。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步強(qiáng)化了“黑洞增長(zhǎng)并非僅限星系中心”的認(rèn)識(shí)，讓“流浪黑洞”從理論猜想變?yōu)椤翱吹靡姟钡闹苯佑^測(cè)，也為理解早期宇宙中超大質(zhì)量黑洞的快速生長(zhǎng)提供了新視角。

矮星系質(zhì)量小、演化歷史相對(duì)簡(jiǎn)單，它們就像“宇宙化石”，保存了早期黑洞成長(zhǎng)的線索。理論預(yù)測(cè)，星系并合后的引力波反沖或者多體相互作用，容易讓黑洞在淺引力勢(shì)阱的矮星系里被踢出中心，成為在星系外圍游蕩的黑洞。一些模擬甚至指出，相當(dāng)比例的矮星系黑洞會(huì)偏離中心達(dá)到一千秒差距量級(jí)，但長(zhǎng)期以來缺少直接、明確的觀測(cè)證據(jù)。

中國科學(xué)院上海天文臺(tái)研究員安濤帶領(lǐng)的國際團(tuán)隊(duì)把目光投向了一顆名為MaNGA 12772-12704的矮星系?；凇敖徯窍倒庾V巡天”的積分視場(chǎng)光譜數(shù)據(jù)，科研人員發(fā)現(xiàn)這個(gè)星系呈現(xiàn)較弱的活動(dòng)星系核特征，星系整體形態(tài)規(guī)整、沒有明顯并合或雙活動(dòng)星系核跡象。關(guān)鍵一點(diǎn)是，與之成協(xié)的射電輻射并不在星系的幾何中心，而是偏離中心將近一千秒差距。

為了確認(rèn)其本質(zhì)，團(tuán)隊(duì)利用甚長(zhǎng)基線陣列射電望遠(yuǎn)鏡，在1.6GHz和4.9GHz兩個(gè)波段開展了深度成像。結(jié)果顯示：該源與星系中心的角距離為2.68角秒（對(duì)應(yīng)0.94千秒差距），射電核心亮溫度超過十億開爾文，在1.6GHz圖像上觀測(cè)到沿東南方向延伸長(zhǎng)約2.2秒差距（7.2光年）的射電輻射結(jié)構(gòu)。這些都是典型的活動(dòng)星系核特征。不僅如此，團(tuán)隊(duì)還系統(tǒng)梳理了1993至2023年間的檔案數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該源在幾十年尺度上呈現(xiàn)非單調(diào)的“時(shí)強(qiáng)時(shí)弱”變化，符合“長(zhǎng)期、原位吸積”的行為，這與超新星遺跡在數(shù)年時(shí)標(biāo)內(nèi)單調(diào)衰減的常見規(guī)律明顯不同。結(jié)合其宿主星系恒星質(zhì)量，黑洞質(zhì)量的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)約為30萬倍太陽質(zhì)量，屬于中等質(zhì)量黑洞范疇。綜合多個(gè)觀測(cè)特征，可以確認(rèn)：這是一個(gè)正在活躍吸積、擁有噴流的游離黑洞。

安濤告訴記者，過去主流觀點(diǎn)認(rèn)為，大質(zhì)量黑洞主要在星系中心、依托“中央氣體庫”集中進(jìn)食而迅速長(zhǎng)大。該研究則證明黑洞不在中心也能穩(wěn)定吸積并形成噴流。這為早期宇宙超大質(zhì)量黑洞的“分布式進(jìn)食/多點(diǎn)生長(zhǎng)”提供了實(shí)證支撐。

“這促使我們思考，早期宇宙中的黑洞成長(zhǎng)未必只靠在星系中心‘一口氣吃胖’，也可能依賴在星系各處的零散進(jìn)食與后續(xù)并合，從而在不足十億年的時(shí)間內(nèi)成長(zhǎng)為上億倍太陽質(zhì)量的龐然大物?！卑矟f。此外，黑洞雖然位于“郊區(qū)”，也能對(duì)宿主環(huán)境產(chǎn)生影響?！傲骼撕诙础币材車娚涑鰪?qiáng)勁的物質(zhì)流，向周圍氣體注入能量、擾動(dòng)動(dòng)力學(xué)并調(diào)控恒星形成。這激發(fā)我們重新審視黑洞—星系共演化：黑洞不只是中心“引擎”，還可能在星系外側(cè)悄然改寫宿主的生命歷程。

隨著下一代望遠(yuǎn)鏡到來，“流浪黑洞”或許會(huì)被更多發(fā)現(xiàn)。未來，極大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡將能精確測(cè)定矮星系的光學(xué)中心和結(jié)構(gòu)，深度獲取高分辨率光譜，發(fā)現(xiàn)更多離核或游離黑洞候選體，擴(kuò)展樣本規(guī)模。隨著“中國天眼”核心陣和平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡的建成，天文學(xué)家將有機(jī)會(huì)以更高靈敏度和分辨率進(jìn)行系統(tǒng)巡天，探測(cè)到更微弱的射電信號(hào)，甚至直接分辨出亞秒差距級(jí)別的微型噴流，為偏核黑洞的確認(rèn)和統(tǒng)計(jì)研究帶來突破。（記者顏維琦、齊芳）

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