天文学家在搜寻撕裂恒星的巨型黑洞时，于异常位置发现了一个——距离星系核心2600光年处。该游荡黑洞可能源于早期与其他星系的合并，或因与另外两个黑洞相互作用被抛出核心区域。这是首个通过光学观测发现的非核区潮汐撕裂事件。最终这两个黑洞可能合并并产生引力波涟漪。
加州大学伯克利分校的天文学家首次发现一个超大质量黑洞，在距离星系核心数千光年处撕裂了一颗恒星，而该星系核心本身也包含一个超大质量黑洞。
这个偏离中心、质量约为太阳100万倍的黑洞，原本隐藏在星系中央隆起区域的外围，但其通过恒星"意大利面化"（即所谓的潮汐瓦解事件/TDE）产生的光爆发暴露了自身。在TDE事件中，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，但要剧烈得多。
"理论上超大质量黑洞应位于星系中心，例如我们银河系中心的Sag A*，"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宇涵表示，"人们通常在中心搜寻潮汐瓦解事件。但这次事件不同，它不在中心，实际距离约2600光年。这是首个通过光学手段发现的核外TDE。"该论文近期已被《天体物理学杂志快报》(ApJL)接受发表。
该星系的中心超大质量黑洞（约1亿倍太阳质量）也正在吞噬物质，不过其目标是被引力捕获而无法逃脱的气体。
对星系中心超大质量黑洞的研究揭示了类似银河系这样的星系的演化历程。银河系拥有一个中心黑洞（因其位于人马座方向被称为Sag A*），其质量"仅"为400万个太阳质量。而某些最大星系的中心黑洞可达数千亿太阳质量，这可能是多个较小黑洞合并的结果。
在星系中心发现两个超大质量黑洞并不意外。多数大型星系核心被认为存在超大质量黑洞，且由于星系在空间中常发生碰撞合并，大型星系偶尔会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，直至通过俘获附近恒星或气体云产生短暂光爆发才显露踪迹。然而此类事件极为罕见，天文学家推算超大质量黑洞平均每30,000年才会遭遇一颗恒星。
这个名为AT2024tvd的新TDE由兹维基瞬变探测器（位于圣地亚哥附近帕洛玛天文台望远镜上的光学相机）发现，并通过NASA哈勃太空望远镜等射电、X射线及其他光学望远镜的观测得到证实。
"超大质量黑洞始终位于星系中心，但星系会合并——这正是星系成长的途径，"论文合著者、加州大学伯克利分校天文学兼职副教授瑞安·乔诺克指出，"当两个星系合并为一体时，就会出现多个黑洞。现在会发生什么？我们预期它们最终会合并，但理论家预言应存在一类在星系内游荡的黑洞种群。"
此次游荡黑洞的发现表明，系统搜寻TDE特征可能找出更多"流浪"黑洞。该发现也验证了名为LISA（激光干涉空间天线）的空间探测计划，该任务将寻找此类超大质量黑洞合并产生的引力波。
"这是我们首次通过TDE实际观测到超大质量黑洞如此接近，"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·马尔古蒂表示，"如果这确实是一对正在靠近的超大质量黑洞——虽非必然——那么它们未来可能合并并释放引力波，届时我们将通过LISA探测到。"
LISA将补充地基引力波探测器（如LIGO和Virgo，它们对数百倍太阳质量以内的黑洞或中子星合并敏感）及脉冲星闪光研究（如纳赫兹引力波探测的脉冲星计时阵列实验，其对数十亿太阳质量的超大质量黑洞合并引力波敏感）。LISA的探测优势区间是数百万太阳质量的黑洞，计划于未来十年内发射。
瞬时爆发
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亮来发现它们——这些物质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，能揭示物质被捕获前能接近黑洞的极限距离，以及黑洞喷发强大喷流和星风所需的条件。
TDE的最高效搜寻手段是利用兹维基瞬变探测器的数据，该设备虽为探测超新星爆发而建，但对天空中的其他闪光同样敏感。
自2018年以来，兹维基瞬变探测器已发现近100个TDE，均位于星系核心。X射线卫星也曾探测到数个TDE，其中两个位于拥有中心黑洞的星系外围。但在那些星系中，黑洞相距过远无法合并。而此次新发现的黑洞与核心超大质量黑洞足够接近，可能在未来（数十亿年后）向其坠落并合并。
姚宇涵指出，AT2024tvd中游荡黑洞的存在还可用两种替代场景解释：它可能源自远古时期与小星系合并的星系核，正穿过大星系向外移动；或已被大星系引力束缚在轨道上，最终可能足够靠近核心黑洞并与之合并。
加州大学伯克利分校另一位博士后研究员埃丽卡·哈默斯坦在研究中仔细检查了哈勃图像，但未找到过往星系合并的证据。
AT2024tvd也可能是星系核心原有三黑洞系统中的成员。由于三体轨道的混沌特性，其中一个可能被踢出核心而在星系中游荡。
搜寻星系中的偏离中心黑洞
姚宇涵表示，由于兹维基瞬变探测器每年在北天探测到数百次闪光，迄今的TDE搜索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，并据此筛查兹维基探测器迄今约10,000次探测记录，寻找星系中心符合TDE特征的光爆发。
"超新星在峰值后冷却，颜色变红，"姚宇涵解释，"TDE则能保持高温数月或数年，演化全程呈现稳定的蓝色。"
TDE还表现出氢、氦、碳、氮和硅的宽发射谱线。
去年八月，伯克利团队发现一处类TDE的光爆发，但其位置看似偏离中心（尽管在兹维基探测器的分辨率范围内）。研究者怀疑该黑洞确实偏离中心，立即申请使用多个望远镜精确定位，包括NASA钱德拉X射线天文台、甚大天线阵和哈勃太空望远镜。所有设备均确认其核外位置，其中哈勃测出其距离核心约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坠气体时释放能量，它被归类为活动星系核。
姚宇涵团队希望发现更多游荡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，它开启了通过未来巡天揭示游荡黑洞这一隐匿种群的全新可能，"姚宇涵强调，"当前理论家尚未充分关注偏移TDE，其预测主要针对星系中心的TDE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、澳大利亚和荷兰的机构。兹维基瞬变探测器是公私合作项目，由兹维基联盟和美国国家科学基金会共同资助。