科學家在“宇宙化石”中直接觀測到流浪黑洞_風聞

來源：中國科學報

中國科學院上海天文台安濤研究員帶領的國際團隊，在一個距離地球約2.3億光年的矮星系裏發現了一個“離核、原位吸積、帶噴流”的特殊黑洞，這也是目前證據最紮實的離核大質量黑洞案例之一，進一步強化了“黑洞增長並非僅限星系中心”的認識，為理解矮星系演化以及早期宇宙中超大質量黑洞的快速生長提供了新視角。相關研究9月5日發表於《科學通報》英文版。

在過去，大質量黑洞常被視為星系的“心臟”，位於星系中心，影響着星系的演化。但越來越多的觀測表明，某些黑洞會偏離核心，在星系盤或外側邊緣地帶“遊離”。這些“流浪黑洞”，就像迷路的旅人，在宇宙中四處遊蕩。

理論研究表明，星系併合後的引力波反衝或者多體相互作用，容易讓黑洞從引力勢阱較淺的矮星系中心被踢出，成為在星系外圍遊蕩的黑洞。矮星系質量小、演化歷史相對簡單，就像“宇宙化石”，保存了早期黑洞成長的印跡。一些模擬結果顯示，相當比例的矮星系黑洞會偏離中心達到一千秒差距量級，但長期缺少直接、明確的觀測證據。

研究團隊基於“近鄰星系光譜巡天”（MaNGA）的積分視場光譜（IFU）數據發現，一顆名為MaNGA 12772-12704的矮星系呈現較弱的活動星系核（AGN）特徵，星系整體形態規整、沒有明顯併合或雙AGN跡象。更為關鍵的是，與之成協的射電輻射並不在星系的幾何中心，而是偏離中心將近一千秒差距。

甚長基線陣列（VLBA）射電望遠鏡觀測數據及分析結果表明，該源呈現典型的AGN特徵，如與星系中心的角距離為2.68角秒（對應0.94千秒差距），射電核心亮温度超過十億開爾文，在1.6 GHz圖像上觀測到沿東南方向延伸長約2.2秒差距的射電輻射結構。研究團隊綜合多個觀測特徵，從而確認這是一個正在活躍吸積、擁有噴流的遊離黑洞，而且是目前最臨近（紅移最低）的矮星系此類案例之一。

值得一提的是，這項研究始於3000多個MaNGA矮星系中篩選出的628個AGN候選體，其中約62%的源存在AGN偏離星系光學中心的表象。射電噴流是黑洞活躍吸積的一個重要特徵。在此基礎上，研究團隊進行了多級篩選，選出11個最有希望探測到射電輻射的目標，並利用最高靈敏度和分辨率進行跟蹤觀測。最終，只有MaNGA 12772-12704同時具備“緻密高亮温度、秒差距噴流、30年時域光變”三重證據，確認了噴流。

安濤表示，這項研究讓“流浪黑洞”從“猜得到”變為“看得見”，直接證明了黑洞不在中心也能穩定吸積並形成噴流，為早期宇宙超大質量黑洞的“分佈式進食/多點生長”提供了實證支撐。此外，位於“郊區”的流浪黑洞也能噴射出強勁的物質流，向周圍氣體注入能量、擾動動力學並調控恆星形成，對“宿主”環境產生影響，表明黑洞不只是中心“引擎”，還可能在星系外側悄然改寫宿主的生命歷程。

未來，隨着“中國天眼”（FAST）核心陣和平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）等下一代望遠鏡建成，天文學家將有機會以更高靈敏度和分辨率進行系統巡天，探測到更微弱的射電信號，甚至直接分辨出亞秒差距級別的微型噴流，為偏核黑洞的確認和統計研究帶來突破，“迷途黑洞”或許也將不再罕見。