美国国家航空航天局的哈勃望远镜精确定位漫游的大质量黑洞

（蜘蛛网eeook.com）据美国国家航空航天局：就像科幻电影中的场景一样，天文学家使用美国国家航空航天局的望远镜发现了“太空大白鲨”。

在6亿光年之外，在恒星之间漆黑的深处，有一个看不见的怪物正在吞噬任何向其坠落的任性恒星。在一次新发现的潮汐破坏事件（TDE）中，一颗不幸的恒星被撕裂并被壮观的辐射爆发吞噬，这个狡猾的黑洞暴露了它的存在。这些破坏事件是黑洞物理学的强大探测器，揭示了当黑洞正在吞噬恒星时发射喷流和风的必要条件，并被望远镜视为明亮的物体。

名为AT2024tvd的新TDE使天文学家能够使用美国宇航局的哈勃太空望远镜精确定位一个游荡的超大质量黑洞，美国宇航局钱德拉X射线天文台和NRAO甚大阵列望远镜也进行了类似的支持观测，这些观测也表明黑洞偏离了星系的中心。

这篇论文将发表在即将出版的《天体物理学杂志快报》上。

标有“艺术家概念”的六幅插图。左上角的插图显示了漂浮在星系内的超大质量黑洞的轮廓。中上图显示了一颗黄色恒星在黑洞附近漂移。接下来的三个面板显示，这颗恒星被切成明亮的白色同心流光，随后发生白色爆炸。右下角的面板是星系的外部视图，显示了一个明亮的白色星形物体，从X射线和可见光的角度来看，这是爆炸的地点。

这幅关于超大质量黑洞周围潮汐破坏事件的六幅插图显示了以下内容：1）超大质量黑洞在星系内漂浮，它的存在只能通过引力透镜检测到；2）一颗任性的恒星被黑洞强烈的引力卷走；3）恒星被引力潮汐效应拉伸或“面条化”；4）恒星的残骸在黑洞周围形成一个圆盘；5）存在一段黑洞吸积期，在电磁波谱中释放出从X射线到无线电波长的辐射；6）从远处看，宿主星系包含一道明亮的能量闪光，与星系核相抵消，星系核中居住着一个更大质量的黑洞。来源：美国国家航空航天局、欧洲航天局、STScI、拉尔夫·克劳福德（STScI）

令人惊讶的是，这个100万太阳质量的黑洞并不完全位于宿主星系的中心，那里通常有超大质量黑洞，并且会积极吞噬周围的物质。在迄今为止光学巡天记录的大约100个TDE事件中，这是首次确定偏移TDE。其余的则与星系的中心黑洞有关。

事实上，在宿主星系的中心有一个不同的超大质量黑洞，其质量是太阳的1亿倍。哈勃的光学精度显示，TDE距离星系中心更大质量的黑洞只有2600光年。这只是我们太阳和银河系中心超大质量黑洞之间距离的十分之一。

这个更大的黑洞在吸积流入的气体时会喷出能量，它被归类为活动星系核。奇怪的是，这两个超大质量黑洞共存于同一星系中，但它们并没有作为双星相互引力束缚。较小的黑洞最终可能会螺旋进入星系中心，与较大的黑洞合并。但就目前而言，它离得太远，无法被引力束缚。

当一颗坠落的恒星被黑洞巨大的引力潮汐力拉伸或“挤压”时，就会发生TDE。破碎的恒星残骸被拉入黑洞周围的圆形轨道。这会产生冲击和高温外流，在紫外线和可见光下都可以看到。

加州大学伯克利分校的主要研究作者Yuhan Yao说：“AT2024tvd是光学巡天捕捉到的第一个偏移TDE，它为未来巡天发现这种难以捉摸的游荡黑洞群体开辟了全部可能性。”。“目前，理论家们还没有对抵消TDE给予太多关注。”我认为这一发现将激励科学家寻找更多此类事件的例子。”

一个模糊的橙黄色椭圆形占据了图像的中间四分之一。它从10点钟延伸到4点钟。一个明亮的白点位于椭圆形内，但偏离了核心的左上角。右下角还有一个较小的、颗粒状的橙色圆盘。框架中还有几个额外的橙色点。太空的背景是黑色的。

这是哈勃太空望远镜拍摄的遥远星系的图像，该星系是漫游超大质量黑洞的特征所在地。来源：科学：美国国家航空航天局、欧洲航天局、STScI、姚玉涵（加州大学伯克利分校）；图像处理：Joseph DePasquale（STScI）

当几台地面巡天望远镜观测到像超新星一样明亮的耀斑时，这个吃零食的黑洞暴露了出来。但与超新星不同，天文学家知道这来自一个黑洞在恒星上吃零食，因为耀斑非常热，并显示出氢、氦、碳、氮和硅的宽发射线。加州理工学院帕洛玛天文台的兹威基瞬态设施首次观测到了这一事件，该设施配备了1.2米长的望远镜，每两天对整个北方天空进行一次观测。

加州大学伯克利分校副副副教授、ZTF团队成员Ryan Chornock说：“潮汐破坏事件为揭示我们无法探测到的巨大黑洞的存在带来了巨大的希望。”。“理论家们预测，远离星系中心的大量黑洞一定存在，但现在我们可以使用TDE来找到它们。”

耀斑似乎偏离了Pan-STARRS（全景巡天望远镜和快速反应系统）、斯隆数字巡天和DESI遗留成像巡天编目的明亮大质量星系的中心。为了更好地确定它不在银河系中心，姚的团队使用美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台证实，来自耀斑地点的X射线也被抵消了。

哈勃望远镜的分辨率解决了任何不确定性。哈勃望远镜对紫外线的敏感性也使其能够精确定位TDE的位置，TDE比银河系的其他部分蓝得多。

这是哈勃太空望远镜/钱德拉X射线天文台联合拍摄的遥远星系图像，该星系是漫游超大质量黑洞的标志性特征所在地。两台望远镜都捕捉到了潮汐破坏事件（TDE），这是一种由超大质量黑洞吞噬恒星引起的强烈辐射闪光。TDE看起来像是一个孤立的蓝白色紫外线点源，而星系在可见光下呈橙色。此外，钱德拉望远镜捕捉到的X射线是TDE周围的紫色薄雾。哈勃和钱德拉的观测结果相结合，以确定TDE的位置，该位置偏离了星系的中心，看起来像一个明亮的橙白色斑点。

这是哈勃太空望远镜/钱德拉X射线天文台联合拍摄的一张遥远星系的图像，该星系拥有漫游超大质量黑洞的明显特征。两台望远镜都捕捉到了由黑洞吞噬恒星引起的潮汐破坏事件（TDE）。来源：科学：美国国家航空航天局、欧洲航天局、STScI、姚玉涵（加州大学伯克利分校）；图像处理：Joseph DePasquale（STScI）

负责TDE的黑洞正在大质量星系的凸起内徘徊。黑洞每数万年才会因捕获恒星而“打嗝”一次，然后再次安静下来，直到下一餐到来。

黑洞是如何偏离中心的？先前的理论研究表明，由于三体相互作用，质量最低的成员被踢出，黑洞可以从星系中心弹出。考虑到隐形黑洞离中心黑洞很近，这里可能就是这种情况。姚说：“如果黑洞与星系核心的另外两个黑洞发生了三重相互作用，它仍然可以保持与星系的结合，围绕中心区域运行。”。

另一种解释是，黑洞是10多亿年前与宿主星系合并的一个较小星系的幸存残骸。如果是这样的话，黑洞最终可能会在遥远的未来某个时候螺旋式地与中心活动黑洞合并。所以目前，天文学家不知道它是来了还是走了。

加州大学伯克利分校的另一位博士后研究员Erica Hammerstein在研究中仔细检查了哈勃望远镜的图像，但没有发现任何过去星系合并的证据。但她解释说，“已经有很好的证据表明星系合并会提高TDE率，但AT2024tvd宿主星系中第二个黑洞的存在意味着在这个星系过去的某个时候，一定发生了合并。”

哈勃和钱德拉等天文台专门针对不同类型的光，它们共同努力，精确定位并更好地理解像这样的短暂事件。未来的望远镜也将针对捕捉像这样的瞬态事件进行优化，包括美国国家科学基金会的维拉·C·鲁宾天文台和美国国家航空航天局即将推出的南希·格雷斯·罗马太空望远镜。它们将为哈勃后续观测提供更多机会，以精确定位瞬态的确切位置。