这个星系正被两个超大质量黑洞共同吞噬

加州大学伯克利分校的天文学家首次发现了一个大质量黑洞在距离星系核心数千光年处撕裂恒星的实例，而该星系核心本身也包含一个大质量黑洞。

这个偏离中心的黑洞质量约为太阳的100万倍，它隐藏在星系中央隆起区域的外围，但通过恒星被"意大利面化"（即所谓的潮汐撕裂事件，TDE）产生的光暴暴露了自身。在TDE中，黑洞的巨大引力拉扯恒星——类似于月球在地球上引发海洋潮汐的方式，但过程要剧烈得多。

"大质量黑洞的经典位置应在星系中心，就像我们银河系中心的Sag A*一样，"该发现论文的第一作者、加州大学伯克利分校米勒博士后研究员姚雨含（Yuhan Yao）表示。该论文已被《天体物理学杂志通讯》(ApJL)接受发表。"人们通常在那里搜寻潮汐撕裂事件。但这个事件不在中心，实际上距离中心约2600光年。这是首个通过光学手段发现的核外TDE。"

该星系的中心大质量黑洞（质量约为太阳的1亿倍）同样在大快朵颐，不过吞噬的是因过于靠近而无法逃脱的气体。

对星系中心大质量黑洞的研究让天文学家得以了解类似银河系的星系演化过程。银河系拥有一个中心黑洞（因其位于人马座内而被称为Sag A*），其质量仅为微不足道的400万倍太阳质量。某些最大星系的中心黑洞质量可达数千亿倍太阳质量，推测是多个较小黑洞合并的结果。

在星系中心发现两个大质量黑洞并不令人意外。大多数大型星系核心被认为存在大质量黑洞，且由于星系在宇宙中经常碰撞合并，大型星系偶尔应容纳不止一个超大质量黑洞——至少在它们碰撞合并成更大黑洞之前如此。这些黑洞通常处于隐匿状态，直到通过捕获附近恒星或气体云产生短暂光暴才显露踪迹。然而这类事件相当罕见。天文学家估算，平均每3万年大质量黑洞才会遭遇一颗恒星。

这个名为AT2024tvd的新TDE由兹威基瞬变设施（ZTF，位于圣地亚哥附近帕洛玛天文台望远镜上的光学相机）探测到，并通过射电、X射线及其他光学望远镜（包括NASA的哈勃太空望远镜）的观测得到证实。

"大质量黑洞总是位于星系中心，但我们知道星系会合并——这正是星系成长的方式。当两个星系相遇合并时，就会形成多个黑洞，"论文合著者、加州大学伯克利分校天文学兼职副教授瑞安·乔诺克（Ryan Chornock）解释道。"接下来会发生什么？我们预期它们最终会合并，但理论学家预言应存在一类在星系内部游荡的黑洞。"

此次发现的游荡黑洞表明，系统性搜索TDE特征可能发现更多流浪黑洞。该发现也验证了名为LISA（激光干涉仪空间天线）的空间任务计划，该任务将探测此类大质量黑洞合并产生的引力波。

"这是我们首次通过TDE实际观测到如此接近的大质量黑洞，"合著者、加州大学伯克利分校天文学与物理学副教授拉斐拉·马古蒂（Raffaella Margutti）表示。"如果这是两个正在相互靠近的超大质量黑洞——虽然不一定成立——但若确实如此，它们可能会合并并发出引力波，未来我们将通过LISA探测到。"

LISA将补充地面引力波探测器（如LIGO和Virgo，它们对数百倍太阳质量以下的黑洞或中子星合并敏感）以及对脉冲星闪光的望远镜研究（如纳赫引力波天文台脉冲星计时阵列实验，它对数十亿倍太阳质量的超大质量黑洞合并产生的引力波敏感）。LISA的专长探测范围是数百万倍太阳质量的黑洞，计划于未来十年内发射。

瞬态爆发

由于黑洞不可见，科学家只能通过探测其撕裂恒星或气体云时产生的光线来发现它们，这些物质会形成明亮炽热的旋转吸积盘并逐渐向内坠落。乔诺克指出，TDE是研究黑洞吸积物理的强大探针，能揭示物质在被捕获前可接近黑洞的极限距离，以及黑洞发射强大喷流和星风所需的条件。

目前最高效的TDE搜索利用兹威基瞬变设施的数据，该设施最初为探测超新星爆发而建，但对天空中的其他闪光现象同样敏感。

自2018年以来，ZTF已发现近100个TDE，均位于星系核心区域。X射线卫星也曾探测到少数TDE，包括两个位于拥有中心黑洞的星系外围的案例。但在那些星系中，黑洞间距过远无法合并。而新发现的黑洞与核心大质量黑洞足够接近，可能在未来（尽管需数十亿年）向其坠落合并。

姚雨含指出，有两种可能解释AT2024tvd中游荡黑洞的存在：它可能源自远古时期与当前大星系合并的小星系核心，现正穿越大星系向外移动，或已被束缚在轨道上运行，最终可能足够接近核心黑洞并与之合并。

该研究的参与者、加州大学伯克利分校另一位博士后研究员埃里卡·哈默斯坦（Erica Hammerstein）仔细检查了哈勃图像，但未发现过去星系合并的证据。

AT2024tvd也可能是曾位于星系核心的三黑洞系统成员。由于三体轨道的混沌特性，其中一个黑洞被踢出核心，开始在星系中游荡。

搜寻星系中的偏离中心黑洞

姚雨含表示，由于ZTF每年探测到北天球数百次闪光，迄今的TDE搜索都聚焦于星系核心附近的闪光。她与乔诺克开发了区分超新星与TDE发光的算法，并用于筛选ZTF迄今约一万次探测数据，以寻找符合TDE特征的星系中心光暴。

"超新星在峰值后逐渐冷却，颜色变红，"姚雨含说明，"而TDE能保持高温数月甚至数年，演化过程中始终呈现稳定的蓝色。"

TDE还表现出氢、氦、碳、氮和硅的宽发射谱线。

去年八月，伯克利团队发现一次类似TDE的光暴，但其位置似乎偏离中心（尽管在ZTF分辨率极限内）。研究人员怀疑该黑洞确实偏离中心，立即申请多台望远镜观测时间以精确定位，包括NASA的钱德拉X射线天文台、甚大阵（VLA）和哈勃太空望远镜。所有设备均确认其核外位置，其中哈勃测得其距离约2600光年——约为太阳与Sag A*距离的十分之一。

尽管接近中心黑洞，这个核外黑洞并未与之形成引力束缚。由于核心黑洞在吸积下落气体时释放能量，它被归类为活动星系核。

姚雨含团队希望发现更多游荡的TDE，这将帮助天文学家了解星系及其核心黑洞的合并频率，进而推算形成某些极端超大质量黑洞所需的时间。

"AT2024tvd是光学巡天捕获的首个偏移TDE，为未来通过巡天发现这类难以捉摸的游荡黑洞开辟了全新可能，"姚雨含强调。"目前理论学家对偏移TDE关注不足，他们主要预测星系中心TDE的发生率。我认为此发现将有力推动他们计算偏移TDE的发生率。"

论文的34位合著者来自美国、英国、瑞典、俄罗斯、德国、澳大利亚和荷兰的研究机构。ZTF是公私合作项目，由ZTF联盟和美国国家科学基金会均等资助。

Story Source:

Materialsprovided byUniversity of California - Berkeley. Original written by Robert Sanders.Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

Yuhan Yao, Ryan Chornock, Charlotte Ward, Erica Hammerstein, Itai Sfaradi, Raffaella Margutti, Luke Zoltan Kelley, Wenbin Lu, Chang Liu, Jacob Wise, Jesper Sollerman, Kate D. Alexander, Eric C. Bellm, Andrew J. Drake, Christoffer Fremling, Marat Gilfanov, Matthew J. Graham, Steven L. Groom, K. R. Hinds, S. R. Kulkarni, Adam A. Miller, James C. A. Miller-Jones, Matt Nicholl, Daniel A. Perley, Josiah Purdum, Vikram Ravi, R. Michael Rich, Nabeel Rehemtulla, Reed Riddle, Roger Smith, Robert Stein, Rashid Sunyaev, Sjoert van Velzen, Avery Wold.A Massive Black Hole 0.8 kpc from the Host Nucleus Revealed by the Offset Tidal Disruption Event AT2024tvd.ApJL (accepted), 2025 DOI:https://doi.org/10.48550/arXiv.2502.17661