我國科學家首次探測到中等質量黑洞吞噬恒星的“心跳”

中國教育報-中國教育新聞網訊（記者 方夢宇）近日，安徽師范大學物理與電子信息學院舒新文教授研究團隊發現了中等質量黑洞吞噬恒星發出的X射線準周期振蕩信號（類似于黑洞的“心跳”），這是天體物理學家首次發現該類現象，提供了宇宙中存在中等質量黑洞的關鍵證據。該研究成果2月28日發表于國際頂級期刊《自然·天文學》（Nature Astronomy），主要合作者包括中山大學、中國科學技術大學以及廣州大學的科研人員。

據了解，黑洞是廣義相對論預言的天體，具有獨特的時空結構。目前已知的黑洞大致分為兩大類：第一類是大質量恒星死亡后遺留的產物，質量在幾倍到幾十倍太陽質量之間，稱作恒星級黑洞；另一類質量為太陽的百萬倍以上，稱為超大質量黑洞，一般位于星系的核心。人們喜歡把超大質量黑洞比作“超級怪獸”，而中等質量黑洞雖被理論預言為超大質量黑洞演化的“種子”，卻因為難以精準探測，仍缺乏可靠的觀測證據。

“宇宙中可能大部分的黑洞都處于冬眠狀態?！笔嫘挛慕淌谛χf，“理論上它們應該在那兒，可就是不露面。如何找到這些‘宇宙隱士’，是當今物理學和天文學最燒腦的難題之一。”幸運的是，當一顆“倒霉”的恒星游走到過于靠近黑洞的位置時，會被黑洞產生的強大潮汐引力撕裂瓦解，進而被黑洞吞噬，同時釋放出短暫劇烈的電磁輻射（就像黑洞享受恒星大餐之后會打飽嗝兒一樣），稱為黑洞潮汐撕裂恒星事件。這類似于冬眠的動物偶爾也會出來覓個食，天文學家就可以通過偵探“覓食”過程的蛛絲馬跡來捕獲黑洞。

舒新文教授研究團隊鎖定一例特殊的中等質量黑洞潮汐瓦解恒星事件候選體，通過分析相關觀測數據，在其X射線輻射中探測到頻率約為0.012赫茲的準周期性振蕩信號（“心跳”）。“這就像黑洞捕食恒星時會有心跳現象，其特定的心率為我們揭示了這顆中等質量黑洞的存在”，研究團隊核心成員張文杰博士介紹時說。通過結合X射線能譜分析，研究人員推算出該黑洞質量介于9900至16000倍太陽質量，屬于典型的中等質量黑洞范疇。

該項研究首次通過探測黑洞潮汐瓦解恒星事件的X射線“心跳”信號，發現了中等質量黑洞存在的重要觀測證據。如果把黑洞比做人類（體重和成長年齡有關），不同質量的黑洞“心律”不一樣，該發現通過探測罕見的“心跳”特征，甄別出了類似于青少年時期的黑洞，填補了描繪黑洞家族成長和進化史的關鍵缺環。這不僅為理解中等質量黑洞的物理性質提供了關鍵信息，也為未來利用潮汐瓦解恒星事件的X射線輻射（如我國“天關”衛星的觀測）進一步探測和研究中等質量黑洞奠定了堅實基礎。據悉，該研究成果也是舒新文研究團隊繼2020年在《自然·通訊》發表雙黑洞潮汐撕裂恒星的成果后，在天體物理黑洞研究領域又一重大突破。