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巡天計劃結合AI 發現宇宙中超大質量流浪黑洞

潮汐撕裂事件的藝術家描繪圖,顯示黑洞正在吞食一顆鄰近的恆星。(NASA)

如果說繁星點點的星系像是宇宙之海上的明亮艦隊,那麼座落於其核心的超大質量黑洞,就像是穩固艦隊的深色巨錨。這些質量介於數百萬至數十億倍太陽質量的暗黑巨獸,通常坐鎮於大型星系的中心,以其強大的引力牽引形塑周遭環境。但如果其中一個黑洞不知怎地脫錨漂走了,會發生什麼事?

長期以來,天文學家一直難以回答這個問題,因為這些遊牧型黑洞(Wandering Black Holes,又稱流浪黑洞或漫遊黑洞)潛伏於星系外圍,在幾乎空無一物的深空中寂靜移動時,既不發出任何光也不吐露蛛絲馬跡——除非它們剛好嘴饞,吞下一份路過的恆星當作點心。

如今,一項發表於《天體物理學雜誌通訊》(The Astrophysical Journal Letters)的新研究,找到了一個這樣在星際空間漂流的沉默超級殺手——研究團隊透過一顆瀕死恆星的超亮爆發,捕捉到了迄今最明確的「遠離星系中心的超大質量黑洞」例證。

一場距離星系核心3萬光年的「宇宙慘案」

當一顆恆星過於靠近黑洞時,黑洞強大的潮汐力會將其拉扯、撕裂併吞噬,這種現象稱為潮汐撕裂事件(Tidal Disruption Event, TDE)。

2025年11月,研究團隊即時觀測到了一起極其罕見的TDE爆發(編號TDE2025abcr)。這次爆發短暫地放射出相當於100億顆太陽的閃耀光芒,並在紫外線波段連續數月壓過其宿主星系。爆發地點位於鯨魚座方向、距離地球約7.5億光年的一個大質量星系邊緣。分析顯示,引發這場巨變的黑洞質量約為太陽的100萬倍。

該研究的第一作者、馬利蘭大學暨NASA戈達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center)天體物理學家史坦(Robert Stein)說:「如果你只看那片天區,你絕對猜不到那裏藏着一個超大質量黑洞;正是因為它剛好吃掉了那顆恆星,我們才有機會鎖定它的位置。」

這並非科學家首次發現偏離星系中心的黑洞TDE。2024年已有研究發現過距離某星系核心約2,600光年的類似事件。然而,本次發現的TDE2025abcr距離其宿主星系(WISEA J014656.04-152214.7)中心超過3萬光年!這使該黑洞成為目前天文學界所見偏離母星系核心最遠、且證據最確鑿的超大質量遊牧型黑洞。

(註:2023年雖有另一個團隊發現了一個疑似超大質量遊牧型黑洞,其後方拖着一道長達20萬光年的恆星軌跡,但該因天體缺乏TDE這類光學爆發的鐵證,亦不排除只是某種特殊星繫結構。)

動用巡天望遠鏡與AI技術 與時間賽跑的觀測行動

能在茫茫宇宙中抓到這閃爍的一瞬,得益於先進的巡天技術與機器學習。史坦及其同事最初是在加州帕洛瑪天文台的茲威基瞬變設施(ZTF)數據中注意到這個異常訊號的。

ZTF巡天計劃持續不斷地掃描夜空,每晚會偵測到高達50萬次的顯著天體閃光。要在海量數據中篩出珍貴的TDE爆發,必須仰賴經過專門訓練的人工智能(AI)模型。當AI標記出這個候選目標時,儘管其位置遠在星系邊緣,但光譜特徵已「毫無疑義」。

後續動用其它設施的觀測——例如智利的南方天體物理研究(SOAR)望遠鏡,以及美國航空航天局(NASA)的尼爾‧蓋瑞爾斯雨燕天文台(⁠Neil Gehrels Swift Observatory)——成功確立了這項發現,而且時機剛剛好:初次偵測之後,史坦團隊只有短短几個月可以仔細研究這個快速黯淡的TDE,之後那片天區就會轉到太陽背後而不再可見。

未參與此研究、但曾在2023年追蹤過那個疑似遊牧型黑洞的耶魯大學天體物理學家范多庫姆(Pieter van Dokkum)讚許道:「這類長期研究非常困難,因為你只有一次機會。但這群研究者極其用心,在事件消逝前抓取了最豐富的關鍵資訊。」

他補充說,自然而然的下一步,是找到「不只一個、而是一整批這樣的天體,因為那樣才能做統計研究」。

黑暗巨獸為何「離家出走」?

天文學家最關心的核心問題是:這些本該坐鎮星系中央的龐然大物,究竟是怎麼流浪到離星系中心3萬光年的宇宙荒郊?

理論學家提出了兩種主要機制:

矮星系併合(Minor Galaxy Merger)

當一個較小的矮星系落入大星系時,矮星系的外圍恆星被剝離,而其原本的核心黑洞則孤獨地徘徊於大星系的邊緣地帶,尚未有足夠時間沉降至新家的核心。

三體引力甩射(Three-body Gravitational Slingshot)

當兩個星系合併時,各自的超大質量黑洞會形成雙星系統。若此時有第三個星系併入,三顆黑洞會陷入複雜的引力拉鋸戰(三體問題),其中質量最輕的黑洞極可能被強大的引力擺甩出去,猛烈彈射至星系外圍甚至星際空間。

這意味着史坦團隊新發現的這個流浪者,可能正處於向內沉降的過程中,也可能正在被永久甩出星系的路上。

開啟流浪黑洞的宇宙統計學

在漫長的宇宙演化史中,無數星系經歷過併合與碰撞,理論上應有大量遊牧型黑洞散佈在宇宙各處。

加州大學聖塔芭芭拉分校凱維里理論物理研究所(Kavli Institute for Theoretical Physics)的伊斯蘭(Tousif Islam)指出:「弄清楚這個黑洞從何而來相當有意思。如果能持續觀測到10個、20個這樣的事件,我們就能建立起對宇宙流浪黑洞的統計性理解。」

隨着新世代天文觀測設施——例如性能更強大、巡天觀測更深廣的薇拉‧魯賓天文台(Vera C. Rubin Observatory)投入運行,天文學家預計未來幾年內將發現數十甚至數百個這樣的流浪黑洞。這群隱匿於黑暗中的宇宙遊牧者,終將在強光爆發的瞬間,逐一揭開星系演化與碰撞交響曲的神秘面紗。◇

責任編輯: 李華  來源:大紀元記者薛止墨編譯 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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