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令人意外的是,这个黑洞并不待在星系中心,而是远离中心约3500光年。
这一发现让人们难得地一睹所谓“流浪黑洞”的真容,同时也抛出一个新问题:它怎么会跑到离家这么远的地方?
大多数大质量黑洞都坐镇在星系中心。在那里,它们有时会通过吞噬周围物质而“亮明身份”。
可如果黑洞游离在星系中心之外,又恰好没在“进食”,它就几乎不可能被发现。这次被研究的事件编号为TDE 2023mfm,它恰好展示了一颗恒星的毁灭如何让这类神出鬼没的天体现形。
所谓潮汐瓦解事件,是指恒星靠黑洞太近,被其强大引力硬生生撕裂。
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2023年6月28日,美国加州理工学院运营的兹威基瞬变设施首先发现了TDE 2023mfm。
每台仪器都提供了一条不同的线索,好比一桩悬案中,指纹、监控和证人证词各自拼出真相的一角。光学和紫外观测追踪耀斑的亮度和温度变化,光学光谱则帮助确定事件的类型。
研究人员在光谱中发现了一条宽阔的氢发射线,这是“富氢型”潮汐瓦解事件的典型特征。
这一表现与另一个偏离中心的事件TDE 2024tvd十分相似,无论持续时间还是峰值亮度都颇为吻合。
最关键的证据,来自高分辨率的光学、紫外和射电观测。这些观测把耀斑定位在距离星系中心约1.08千秒差距、也就是大约3500光年的位置。
团队估算,这个肇事黑洞的质量约为太阳的100万到1000万倍,具体数值取决于所采用的计算方法。
作为对比,银河系中心的黑洞质量约为太阳的400万倍。也就是说,这个流浪者与我们银河系的“镇守者”大致属于同一量级。
研究人员没有探测到可以明确归因于这次瓦解事件的X射线辐射。虽然附近有一个微弱的X射线源,但它很可能来自星系的核心区域。
不过,缺少X射线并不能否定这是一次潮汐瓦解事件。一些类似事件在恒星被摧毁数年后,依然在X射线波段十分暗淡。
那么,这个黑洞是如何流落至此的?
一种可能是,它原本属于一个较小的星系,后来随着该星系与宿主星系合并而来。研究人员在同一位置发现了一个微弱的恒星群,质量约为太阳的1000万到1亿倍。
如果这群恒星正是那个小星系的残骸,那么它原有的大部分恒星物质,可能早已在合并过程中被剥离殆尽。
另一些解释认为,黑洞可能是在引力相互作用中被“甩”出了星系中心,或在黑洞合并后受到引力波反冲而被踢开。但宿主星系的中心依然存在一个黑洞,研究人员通过一个微弱的活动星系核识别出了它。
因此,小星系并入的说法较为合理,但现有观测还不足以确定这个流浪黑洞究竟是怎么来的。
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研究人员表示,射电辐射讲述的则是另一个故事。与一些同类事件不同,TDE 2023mfm在早期并没有被探测到射电辐射。
直到光学发现后约991天,也就是大约2.7年后,一个微弱的射电信号才缓缓出现,并且演化得十分缓慢。
这道迟到的信号可能来自瓦解事件抛出的物质外流,但现有观测还无法确定它的确切来源。
周围气体环境的差异,或者我们观察这一事件的角度不同,也可能是造成这种异常的原因。
如果黑洞周围的气体非常稀薄,外流物质就像在空旷的原野上奔跑,迟迟撞不上能让它“发声”的障碍物,射电信号自然姗姗来迟。
这项研究表明,把整个电磁波谱的观测结合起来,就能揪出常规搜索可能漏掉的黑洞。
团队认为,未来借助甚长基线干涉测量等更高分辨率的射电观测,有望测定射电源的大小,并弄清外流的本质。
对于即将投入使用的新一代巡天设备而言,类似的潮汐瓦解事件有望被大量发现,流浪黑洞的家族也可能因此迅速壮大。
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