我国科学家首次捕获中等质量黑洞"进食"全过程 填补宇宙演化关键空白

宇宙中黑洞的质量分布长期存在显著断层。

一方面是质量不超过百倍太阳质量的恒星级黑洞,另一方面是质量达百万至百亿倍太阳质量的超大质量黑洞。

介于两者之间的中等质量黑洞理论上应当广泛存在,但由于观测手段的局限,其真实面目始终难以捕捉。

这一观测困境制约了人类对黑洞形成演化、星系中心结构乃至宇宙演化过程的深入理解。

近年来,随着时域天文学的快速发展,科学家们发现了一条新的探测途径。

当恒星不幸运行至黑洞附近时,会遭受黑洞强大潮汐力的撕裂,这一过程称为潮汐瓦解事件。

被瓦解的恒星物质被黑洞吸积,释放出剧烈的电磁辐射。

这种瞬间的"闪光"如同宇宙中的信号灯,能够照亮那些长期处于沉寂状态的黑洞,特别是让极难现身的中等质量黑洞得以显露踪迹。

中国科学技术大学物理学院薛永泉教授和蒋凝特任教授领衔的国际研究团队,将目光投向了矮星系中心的一个潮汐瓦解事件候选体AT 2018cqh。

该事件的X射线辐射呈现出异常的缓慢上升趋势,这一特异现象引起了研究人员的高度关注。

研究团队随即申请并获批利用我国"天关"卫星、美国"雨燕"卫星、欧洲空间局XMM-Newton卫星等多个空间和地面观测平台开展系统的多波段后随观测。

观测数据揭示了这一事件的非凡特征。

其X射线辐射经历了长达至少550天的缓慢上升期,随后到达峰值并经历短暂下降,最终进入一个持续超过500天且至今仍未结束的高态平台期。

这种长时标的演化过程在已知的潮汐瓦解事件中极为罕见,打破了人们对此类现象的既有认识。

通过对X射线光变曲线和能谱特征的深入分析,研究团队发现该事件的辐射行为与中等质量黑洞引发的潮汐瓦解事件理论模型高度吻合。

基于X射线平台期光度、上升时标及吸积盘温度等参数,研究人员推算出该黑洞的质量介于10万至60万倍太阳质量之间。

这一结论通过独立的方法得到了验证:根据宿主星系的恒星质量和速度弥散等性质,利用标度关系估算的黑洞质量与上述结果基本一致,形成了多维度的观测证据链。

更为引人注目的是,这例中等质量黑洞潮汐瓦解事件罕见地在光学、X射线和射电三个波段都被完整捕捉到了从上升、峰值、下降到平台期的全过程演化。

特别是首次详细记录到的长时标X射线上升与高态平台现象,为理解潮汐瓦解事件的吸积物理过程、吸积盘形成机制提供了关键信息,也为研究中等质量黑洞与宿主星系的协同演化打开了新的窗口。

这一成果的取得充分体现了多波段时域天文观测的强大威力。

"天关"卫星作为我国自主研发的空间天文观测平台,在这项发现中发挥了重要作用,展现了国产科学仪器在前沿天文研究中的关键地位。

国际合作的深入推进,使得不同波段、不同类型的观测数据得以有机整合,形成了更加完整、更加可靠的科学结论。

从“难以捕捉”到“多证据锁定”,这次对罕见潮汐瓦解事件的长期追踪表明,时间域的细致观测正在把曾经隐身的宇宙结构逐一照亮。

面向未来,持续完善多波段协同观测体系、提高对瞬变与长变天象的监测能力,将有助于在更广阔样本中检验理论、发现规律,让人类对黑洞家族与星系演化的认识更完整、更可靠。