在100亿光年外发现前所未有的黑洞耀斑

这位艺术家的概念描绘了一个超大质量黑洞，正在将一颗质量至少是太阳质量的 30 倍的大质量恒星撕成碎片。科学家们认为，这就是遥远的黑洞周围发生的事情，称为 J2245+3743。图片来源：加州理工学院/R. Hurt （IPAC）

（蜘蛛网eeook.com）据加州理工学院（作者：Whitney Clavin）：宇宙中质量最大的恒星注定会爆炸成璀璨的超新星，然后坍缩成黑洞。然而，一颗巨大的恒星似乎从未完成过它的命运。具有讽刺意味的是，这颗恒星离一个巨大的黑洞太近了，它吞噬了它，将恒星撕成碎片。

这是最有可能的解释，来自发表在《自然天文学》上的一项新研究的作者，该研究描述了有史以来从超大质量黑洞记录到的最强大、最遥远的能量耀斑。

该宇宙物体于 2018 年由位于加州理工学院帕洛玛天文台的茨威基瞬态设施 （ZTF） 和加州理工学院领导的卡塔利娜实时瞬态巡天首次观测到。该耀斑在几个月内迅速变亮了 40 倍，在高峰期，其亮度是迄今为止任何黑洞耀斑的 30 倍。在最亮的时候，耀斑闪耀着 10 万亿个太阳的光芒。

耀斑后面的超大质量黑洞是一种吸积或喂食黑洞，称为活动星系核 （AGN）。这个AGN被称为J2245+3743，估计质量是太阳的5亿倍。它位于 100 亿光年外的遥远宇宙中。由于光的速度有限，需要时间才能到达我们，因此天文学家观察到遥远的事件，例如过去宇宙年轻时的这一事件。

“能量学表明这个物体距离很远，而且非常明亮，”研究的主要作者、加州理工学院天文学研究教授、ZTF 项目科学家、该项目的联合首席研究员马修·格雷厄姆 （Matthew Graham） 说。“这与我们见过的任何 AGN 都不同。”

天文学家正在继续监测黑洞耀斑，尽管它随着时间的推移而逐渐消失。事实上，除了过去见证了物体之外，与我们自己对时间的体验相比，时间本身在黑洞的偏远地点运行得更慢。

“这是一种由于空间和时间的拉伸而导致的称为宇宙时间膨胀的现象。当光穿过不断扩大的空间到达我们时，它的波长会延伸，时间本身也会延伸，“格雷厄姆解释道，并指出像 ZTF 和 Catalina 这样的长期调查对于充分见证过去的事件很重要，因为在这种情况下，”这里的七年就是那里的两年。我们正在观察事件以四分之一的速度播放。

为了确定是什么导致宇宙中出现如此戏剧性的光爆发，研究人员彻底检查了一系列可能性，得出的结论是最有可能的罪魁祸首是潮汐破坏事件 （TDE）。当超大质量黑洞的引力切变一颗离得太近的恒星时，就会发生这种现象，随着时间的推移，恒星盘旋进入黑洞时慢慢吞噬恒星。格雷厄姆说，黑洞耀斑 J2245+3743 仍在继续，这一事实表明我们正在目睹一颗尚未完全被吞噬的恒星，而更像是“一条鱼只在鲸鱼食道的一半处”。

如果耀斑来自 TDE，科学家们估计超大质量黑洞吞噬了一颗质量至少是太阳 30 倍的恒星。之前最大候选者 TDE 的纪录保持者，在最初的 ZTF 分类为 ZTF20abrbeie 后，该赛事被昵称为“可怕芭比娃娃”，但并没有那么激烈。这颗 TDE 也被认为起源于 AGN，比 J2245+3743 弱 30 倍，其注定要失败的恒星质量估计在 3 到 10 个太阳质量之间。

ZTF 所在的帕洛玛天文台的 48 英寸塞缪尔·奥辛望远镜。图片来源：Palomar/Caltech

迄今为止看到的大约 100 个 TDE 中的大多数都不是发生在 AGN 周围，AGN 是由超大质量黑洞组成的巨大结构，周围环绕着为中心黑洞提供食物的大型旋转物质盘。AGN 嗡嗡作响，随着它们自己的进食活动而燃烧，这可以掩盖 TDE 爆发并使它们更难被发现。另一方面，最近的巨型耀斑 J2245+3743 非常大，以至于更容易看到。

然而，起初，J2245+3743似乎并没有什么特别之处。2018年，在该物体首次被发现后，研究人员使用加州理工学院帕洛玛天文台的200英寸黑尔望远镜获得了该物体的光谱，但并没有发现任何异常情况。2023年，该团队注意到耀斑衰减的速度比预期的要慢，因此他们从夏威夷的W.M.凯克天文台获得了另一个光谱，这表明了这个特殊AGN的极端亮度。

“起初，重要的是要确定这个极端物体确实如此明亮，”合著者、纽约市立大学 （CUNY） 研究生中心和曼哈顿社区学院和美国自然历史博物馆 （AMNH） 的教授 K. E. Saavik Ford 解释道。

她说，该物体有可能将光照射到我们身上，而不是向各个方向发光，但来自美国宇航局前广域红外巡天探测器 （WISE） 任务的数据帮助排除了这种可能性。最终，在也排除了其他情况后，研究人员得出结论，J2245+3743确实是有记录以来最亮的黑洞耀斑。

“如果你使用阿尔伯特·爱因斯坦著名的公式 E = mc2 将我们的整个太阳转化为能量，那么自我们开始观测以来，这种耀斑已经涌出了多少能量，”福特说。

一旦该团队确定了该事件前所未有的亮度，他们就研究了可能导致它的原因。“超新星的亮度不足以解释这一点，”福特说，他指的是一种可能性。相反，该团队最喜欢的解释是一个超大质量黑洞慢慢地将一颗巨大的恒星撕死。

“这么大的恒星很少见，”福特说，“但我们认为 AGN 盘内的恒星可以变得更大。盘中的物质被倾倒到恒星上，导致它们质量增长。

发现如此巨大的黑洞粉表明，整个宇宙中可能正在发生其他类似事件。研究人员希望挖掘更多的 ZTF 数据来寻找其他数据，NSF 和能源部的 Vera C. Rubin 天文台同样可能会发现异常大的 TDE。

“如果没有 ZTF，我们一开始就不会发现这种罕见的事件，”格雷厄姆说。“我们已经用 ZTF 观察天空七年了，所以当我们看到任何耀斑或变化时，我们可以看到它过去做了什么以及它将如何演变。”

更多信息：Matthew J. Graham 等人，从超大质量黑洞记录到的极亮耀斑，自然天文学（2025 年）。DOI：10.1038/s41550-025-02699-0