就像 100 億個太陽：NASA 的 Swift 觀測到一個旋轉的黑洞正在吞噬一顆恆星

馬裡蘭大學帕克分校和位於馬裡蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的羅伯特·斯坦說：“我們一直在尋找這些恆星粉碎事件，以發現原本看不見的超大質量黑洞正在遠離星系核。” “通過這一發現，迄今為止僅有的幾個發現之一，我們已經驗證了一項新技術，並可以用它來進一步狩獵。”

由 Stein 編輯的一篇描述結果的文章於 7 月 27 日發表 天文物理學期刊通訊。

一顆恆星被隱藏的黑洞壓碎

這項發現始於當一顆恆星距離大質量黑洞太近並被其強烈引力撕裂時產生的非常明亮的閃光。天文學家將這種類型的事件稱為潮汐破壞事件。

負責的黑洞大約是太陽大小的一百萬倍。它的存在首次被懷疑是在 2025 年 11 月，當時加州南部帕洛馬天文台進行的天空調查 ZTF（茲威基瞬變設施）在距離地球 7.5 億光年的星系中檢測到了一次不尋常的光爆發。

史丹說：「ZTF 每晚檢測到的 50 萬次閃光中，我們的新人工智慧演算法會自動發現類似於潮汐爆發的耀斑，儘管它位於星系外圍的不同尋常的位置。”

幾個月來，它在紫外線下的亮度比整個周圍的星系還要亮。在巔峰時期，它暫時放射出約100億個太陽的亮度。

史威夫特證實了極端的宇宙耀斑

在最初的 ZTF 檢測後，其他天文台對源頭進行了探測。智利的 SOAR（南方天文物理研究）望遠鏡分析了它的光譜，發現了與潮汐破壞一致的特徵。

天文學家隨後求助於美國太空總署的斯威夫特天文台，該天文台可以研究地面望遠鏡無法偵測到的波長。例如，斯威夫特的 UVOT（超摩爾/光學望遠鏡）測量到耀斑的溫度約為 54,000 華氏度（30,000 攝氏度）。

北卡羅來納大學教堂山分校的博士生喬納森·卡尼（Jonathan Carney）表示：「所有這些數據的結合幫助我們排除了其他解釋，並確定地告訴我們這是一個潮汐不連續性，儘管它的位置不尋常。」他獲取了第一個支持將耀斑解釋為潮汐不連續性的光譜。

銀河中心隱藏的重量級人物

宇宙中幾乎每個星系的中心似乎都有一個超大質量黑洞。大約每十萬年，某個星系中的一顆恆星就會足夠接近其中一個黑洞，從而在潮汐破壞期間分裂。

儘管單一星系中的此類事件極為罕見，但天文學家監測數百萬個星係以努力尋找它們。目前的調查通常每年在宇宙中檢測到約 30 次潮汐破壞事件。

在2024年之前，所有已確認的例子都是在銀河核中發現的。部分原因是天文學家將搜尋集中在那裡，因為所有已知的超大質量黑洞都位於星系中心。潮汐瓦解事件還需要一個非常巨大的黑洞，因為輕黑洞的引力不夠強。

當科學家在距離宿主星系中心 2,600 光年的地方發現一顆正在湮滅的恆星的跡象時，這種假設開始改變。這項發現促使天文學家將搜尋範圍擴展到星系核之外。

新發現的事件更加極端。它發生在距離銀河系中心超過 30,000 光年的地方。

黑洞是怎麼到達那裡的？

黑洞的不尋常位置引發了關於它過去的一個大問題。

「它應該形成在星系的中心，而不是現在的外部，」斯坦說。 “我們認為宿主星系的超大質量黑洞仍然位於其核心，但噬星者可能始於一個小星系，並與我們今天看到的大星系合併。”

研究人員提出了兩種可能的解釋。

在一種情況下，三個或更多星系合併。它們中心的超大質量黑洞可能陷入了一場引力拉鋸戰，將它們推向了合併星系的邊緣。

另一種可能性是矮星係正在與更大的系統合併。當矮星系的恆星進入較大的星系時，其中一顆可能會距離矮星系的超大質量黑洞太近。

「進一步的發現可能會揭示這個明顯的『孤兒』黑洞的起源，」斯坦說。 “我們想要回答的關鍵科學問題是：徘徊的黑洞有多常見？”

斯威夫特正在等待軌道助推

天文學家可能很快就能透過發現更多移位的黑洞來回答這個問題。

「雨燕號的 UVOT 和 X 射線望遠鏡 (XRT) 儀器的科學觀測暫時停止，等待計劃於今年夏天進行的軌道推進，」合著者、美國宇航局戈達德雨燕號的首席研究員 S. Bradley Cenko 說。

史威夫特的主要任務從2004年持續到2006年，但這艘太空船已經觀察到不斷變化的宇宙20多年了。大氣阻力正逐漸接近地球。將 Swift 提升到更高的軌道可以讓它工作更長時間。

“一旦恢復正常運行，斯威夫特就可以繼續尋找更多異位黑洞的例子。”

黑洞的新探索

未來幾年，天文學家計劃將相同的探測方法應用於最近發射的維拉·C·魯賓天文台（由美國能源部和美國國家科學基金會聯合資助的智利）和美國宇航局即將推出的南希·格雷斯·羅馬太空望遠鏡的觀測。

卡尼說：“魯賓的廣泛而深入的調查將顯示比當前天文台能夠收集的潮汐幹擾樣本要大得多的樣本，包括偏離中心的潮汐幹擾樣本。” “羅曼的太空勘測將通過放眼更遠的地方、回顧超過 90 億年的宇宙歷史來擴大當前的搜索範圍。”

透過結合魯賓、羅曼、史威夫特和地面天文台的數據，科學家或許能夠辨識出更多的移動黑洞。總之，這些發現可以幫助天文學家建立宇宙中超大質量黑洞最完整的普查。