科学家在“宇宙化石”中直接观测到流浪黑洞_风闻

来源：中国科学报

中国科学院上海天文台安涛研究员带领的国际团队，在一个距离地球约2.3亿光年的矮星系里发现了一个“离核、原位吸积、带喷流”的特殊黑洞，这也是目前证据最扎实的离核大质量黑洞案例之一，进一步强化了“黑洞增长并非仅限星系中心”的认识，为理解矮星系演化以及早期宇宙中超大质量黑洞的快速生长提供了新视角。相关研究9月5日发表于《科学通报》英文版。

在过去，大质量黑洞常被视为星系的“心脏”，位于星系中心，影响着星系的演化。但越来越多的观测表明，某些黑洞会偏离核心，在星系盘或外侧边缘地带“游离”。这些“流浪黑洞”，就像迷路的旅人，在宇宙中四处游荡。

理论研究表明，星系并合后的引力波反冲或者多体相互作用，容易让黑洞从引力势阱较浅的矮星系中心被踢出，成为在星系外围游荡的黑洞。矮星系质量小、演化历史相对简单，就像“宇宙化石”，保存了早期黑洞成长的印迹。一些模拟结果显示，相当比例的矮星系黑洞会偏离中心达到一千秒差距量级，但长期缺少直接、明确的观测证据。

研究团队基于“近邻星系光谱巡天”（MaNGA）的积分视场光谱（IFU）数据发现，一颗名为MaNGA 12772-12704的矮星系呈现较弱的活动星系核（AGN）特征，星系整体形态规整、没有明显并合或双AGN迹象。更为关键的是，与之成协的射电辐射并不在星系的几何中心，而是偏离中心将近一千秒差距。

甚长基线阵列（VLBA）射电望远镜观测数据及分析结果表明，该源呈现典型的AGN特征，如与星系中心的角距离为2.68角秒（对应0.94千秒差距），射电核心亮温度超过十亿开尔文，在1.6 GHz图像上观测到沿东南方向延伸长约2.2秒差距的射电辐射结构。研究团队综合多个观测特征，从而确认这是一个正在活跃吸积、拥有喷流的游离黑洞，而且是目前最临近（红移最低）的矮星系此类案例之一。

值得一提的是，这项研究始于3000多个MaNGA矮星系中筛选出的628个AGN候选体，其中约62%的源存在AGN偏离星系光学中心的表象。射电喷流是黑洞活跃吸积的一个重要特征。在此基础上，研究团队进行了多级筛选，选出11个最有希望探测到射电辐射的目标，并利用最高灵敏度和分辨率进行跟踪观测。最终，只有MaNGA 12772-12704同时具备“致密高亮温度、秒差距喷流、30年时域光变”三重证据，确认了喷流。

安涛表示，这项研究让“流浪黑洞”从“猜得到”变为“看得见”，直接证明了黑洞不在中心也能稳定吸积并形成喷流，为早期宇宙超大质量黑洞的“分布式进食/多点生长”提供了实证支撑。此外，位于“郊区”的流浪黑洞也能喷射出强劲的物质流，向周围气体注入能量、扰动动力学并调控恒星形成，对“宿主”环境产生影响，表明黑洞不只是中心“引擎”，还可能在星系外侧悄然改写宿主的生命历程。

未来，随着“中国天眼”（FAST）核心阵和平方公里阵列射电望远镜（SKA）等下一代望远镜建成，天文学家将有机会以更高灵敏度和分辨率进行系统巡天，探测到更微弱的射电信号，甚至直接分辨出亚秒差距级别的微型喷流，为偏核黑洞的确认和统计研究带来突破，“迷途黑洞”或许也将不再罕见。