傳統(tǒng)印象中，大質(zhì)量黑洞往往“盤踞”在星系中心。但越來越多的觀測表明，某些黑洞并不老老實實待在星系中心，而是偏離核心，在星系盤或外側(cè)邊緣地帶“游離”。這些“流浪黑洞”，就像迷路的旅人，在宇宙中四處游蕩。

中國科學(xué)院上海天文臺安濤研究員帶領(lǐng)的國際團隊，在一個距離地球約2.3億光年的矮星系里，最新發(fā)現(xiàn)了一個“不安分”的黑洞。它沒有待在星系核心，而是偏離中心約3千光年，并且噴射出射電噴流。這項發(fā)現(xiàn)進一步強化了“黑洞增長并非僅限星系中心”的認(rèn)識，也為理解早期宇宙中超大質(zhì)量黑洞的快速生長提供了新視角。相關(guān)成果于2025年9月5日在線發(fā)表于《科學(xué)通報》英文版。

藝術(shù)示意圖，ChatGPT參與繪制。受訪單位提供

為什么“這一個”尤為重要

為什么要在矮星系里尋找“流浪黑洞”？矮星系質(zhì)量小、演化歷史相對簡單，它們就像“宇宙化石”，保存了早期黑洞成長的線索。理論預(yù)測，星系并合后的引力波反沖或者多體相互作用，容易讓黑洞在矮星系里被踢出中心，成為在星系外圍游蕩的黑洞。一些模擬甚至指出，相當(dāng)比例的矮星系黑洞會偏離中心達到3千光年差距量級，但長期以來缺少直接、明確的觀測證據(jù)。

研究團隊把目光投向了一顆名為MaNGA 12772-12704的矮星系，它距離地球僅約 2.3億光年（紅移z≈0.017），呈現(xiàn)較弱的活動星系核特征。為了確認(rèn)其本質(zhì)，團隊利用甚長基線陣列射電望遠鏡，在1.6 吉赫茲和4.9 吉赫茲兩個波段開展了深度成像。團隊還系統(tǒng)梳理了1993到2023年間的檔案數(shù)據(jù)，結(jié)合其宿主星系恒星質(zhì)量，經(jīng)驗估計黑洞質(zhì)量約為30萬倍太陽質(zhì)量，屬于中等質(zhì)量黑洞范疇。綜合多個觀測特征，可以確認(rèn)：這是一個正在活躍吸積、擁有噴流的“流浪黑洞”。論文第一作者劉媛琪助理研究員說，“流浪黑洞”雖然離開了星系中心，卻依舊在向外噴射能量。

從更廣闊的統(tǒng)計視角來看，這一發(fā)現(xiàn)尤為突出。論文合作者、西班牙空間科學(xué)研究所研究員Mar Mezcua強調(diào)：“尤其是在矮星系中，要獲得明確的游離活動星系核觀測證據(jù)極為困難，因此此類發(fā)現(xiàn)極為稀有?！卑矟龍F隊對600多個候選體進行了多級篩選，最終選出11個最有希望探測到射電輻射的目標(biāo)，并利用最高靈敏度和分辨率進行跟蹤觀測。在這11個目標(biāo)源的觀測中，只有MaNGA 12772-12704成為目前唯一獲得確證的案例。

黑洞成長的另一種路徑

過去主流觀點認(rèn)為，大質(zhì)量黑洞主要在星系中心、依托“中央氣體庫”集中進食而迅速長大。該研究則表明，黑洞不在中心也能穩(wěn)定吸積并形成噴流。這為早期宇宙超大質(zhì)量黑洞的“分布式進食/多點生長”提供了實證支撐。

“這促使我們思考，早期宇宙中的黑洞成長未必只靠在星系中心‘一口氣吃胖’，也可能依賴在星系各處的零散進食與后續(xù)并合，從而在不足十億年成長為上億倍太陽質(zhì)量的龐然大物。”論文通訊作者安濤研究員指出。此外，黑洞雖然位于“郊區(qū)”也能對宿主環(huán)境產(chǎn)生影響。“流浪黑洞”也能噴射出強勁的物質(zhì)流，向周圍氣體注入能量、擾動動力學(xué)并調(diào)控恒星形成。這激發(fā)我們重新審視黑洞—星系共演化模式：黑洞不只是中心“引擎”，還可能在星系外側(cè)悄然改寫宿主的生命歷程。

這項研究讓“流浪黑洞”從理論猜想變?yōu)橹苯佑^測。隨著下一代望遠鏡到來，“流浪黑洞”或許不再罕見，天文學(xué)家將有機會以更高靈敏度和分辨率進行系統(tǒng)巡天，探測到更微弱的射電信號，甚至直接分辨出亞秒差距級別的微型噴流，為偏核黑洞的確認(rèn)和統(tǒng)計研究帶來突破。

題圖來源：藝術(shù)示意圖，ChatGPT參與繪制。受訪單位提供

來源：作者：解放日報 黃海華