天文學家捕捉到罕見中型黑洞

黑洞，這種普遍存在於宇宙中的密度超乎想像的極端天體，就連大小也十分極端，一些特別大，又有一些特別小。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麼幾個。如今，研究人員為黑洞的少數群體又添一員，一個潛在的中型黑洞。

這個黑洞存在於一個遙遠的矮星系中，天文學家通過恆星吞噬時噴射出的明亮碎屑，捕捉到這個宇宙野獸。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個理論。

美國哈佛大學天體物理學家伊戈·奇林加里安（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如何萌芽和發展問題，還可以幫助理解星系是如何形成。

這個中型黑洞是由天文合作項目，年輕超新星實驗（The Young Supernova Experiment，一個泛星 PanSTARR 望遠鏡巡天計劃）發現。項目的目的在尋找在生命末期爆發的恆星。研究團隊每隔幾天就用汎星計劃位於夏威夷的一對1.8米口徑望遠鏡觀察天空的同一區域，希望在超新星爆發後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其他東西，是一顆在近十億光年外的矮星系中迅速變亮的天體。

丹麥哥本哈根大學女天文學家莎洛蒂·安格斯（Charlotte Angus）博士說：「我們非常幸運，且把握住了良機。」在接下來的幾周里，研究人員繼續使用地面望遠鏡和哈勃太空望遠鏡觀察這個稱為AT 2020neh的天體，進而發現它的亮度在13天後達到峰值，然後開始緩慢下降。

該亮度隨時間變化的曲線形狀和光譜特徵與超新星不匹配，看起來更像是一次潮汐瓦解事件（tidal disruption event）一個相當於數百萬甚至數十億顆太陽質量的巨大黑洞撕裂一顆恆星，吞噬掉後者的一部分，並將剩餘的部分以明亮的過熱弧線形式噴射出來。這個過程彷彿是一場大型的燈光表演。

但該天體達到亮度峰值的速度是典型潮汐瓦解事件的兩倍多。於是為該事件建立模擬模型的理論學家預測，較小的黑洞會產生亮度快速達峰的潮汐瓦解事件。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十萬到一百萬顆太陽質量之間的黑洞產生。

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。安格斯表示：「因為矮星系小而弱，它們很難探測到。」

年輕超新星實驗的研究人員利用中等程度的潮汐瓦解事件，發現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發現）。如果這種關係也在矮星系中存在，並一直延伸到大星系中，那麼星系是通過小星系合併變大，而非從一團巨大的氣體雲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，如韋伯太空望遠鏡等，能夠探明這一點。

【圖：美國太空總署；文：節錄自科學網頁；新聞資訊由林景明提供】 研究全文刊登在2022年11月10日出版的《自然-天文學》期刊 ；標題是：A fast-rising tidal disruption event from a candidate intermediate-mass black hole