罕見中型黑洞現身

黑洞，這種普遍存在于宇宙中的密度超乎想象的極端天體，就連大小也十分極端——要么特別大，要么特別小。天文學家已經發現了幾十個小型和幾十個大型黑洞，但中等大小的黑洞只有那么幾個。

如今，研究人員為黑洞的少數群體又添一員—— 一個潛在的“大快朵頤”的中型黑洞。相關研究11月10日發表于《自然-天文學》。

這個黑洞存在于一個遙遠的矮星系中。天文學家通過恒星被吞噬時噴射出的明亮“碎屑”，捕捉到這只“宇宙野獸”。如果能以這種方式找到更多類似的“食客”，可能會支持“中型黑洞是超大質量黑洞‘種子’”這一理論。

未參與該研究的美國哈佛大學天體物理學家Igor Chilingarian認為，知道有多少個矮星系擁有中型黑洞“將成為一個突破點”。這不僅可以回答黑洞的萌發問題，還可以幫助理解星系是如何形成的。

這個中型黑洞是由天文合作項目——年輕超新星實驗（YSE）發現的。該項目旨在尋找在生命末期爆發的恒星。研究團隊每隔幾天就用泛星計劃位于夏威夷的一對1.8米口徑望遠鏡觀察天空的同一區域，希望在超新星爆發后的幾小時或幾天內捕捉到它。但2020年6月，天文學家在例行巡天中捕捉到了其他東西—— 一顆在近10億光年外的矮星系中迅速變亮的天體。

“我們非常幸運，且把握住了良機。”論文作者、丹麥哥本哈根大學的Charlotte Angus說。

在接下來的幾周里，研究人員繼續使用地面望遠鏡和哈勃空間望遠鏡觀察這個被稱為AT 2020neh的天體，進而發現其亮度在13天后達到峰值，然后開始緩慢下降。該亮度隨時間變化的曲線形狀和光譜特征與超新星不匹配，看起來更像是一次潮汐瓦解事件（TDE）—— 一個相當于數百萬甚至數十億顆太陽質量的巨大黑洞撕裂了一顆恒星，吞噬掉后者的一部分，并將剩余的部分以明亮的過熱弧線形式噴射出來。這個過程仿佛是一場燈光秀。

但該天體達到亮度峰值的速度是典型TDE的兩倍多。于是為該事件建模的理論學家預測，較小的黑洞會產生亮度快速達峰的TDE。研究人員利用模型計算出AT 2020neh亮度隨時間變化的曲線，推測這是由一個質量在10萬到100萬顆太陽質量之間的黑洞產生的。

天文學家認為，所有正常大小的星系都有一個超大質量的黑洞。但矮星系是否都含有中型黑洞則是一個懸而未決的問題。

“因為矮星系小而弱，它們很難被探測到。”Angus說。

YSE的研究人員利用中等尺寸的TDE，發現了探測矮星系內中型黑洞的新方法。如果他們能夠探測到足夠多的樣本，就可能發現星系中心黑洞的大小是否與星系大小同步增長（這在更大的星系中已經被發現）。如果這種關系也在矮星系中存在，并一直延伸到大星系中，那么“星系是通過小星系合并變大，而非從一團巨大的氣體云中聚結而成”的觀點就得到了支持。

目前，星系是如何形成和成長的，在天體物理學中仍是未知數，天文學家希望新的更靈敏的望遠鏡，如詹姆斯·韋布空間望遠鏡等，能夠探明這一點。