我國(guó)科學(xué)家首次探測(cè)到中等質(zhì)量黑洞吞噬恒星的“心跳”

中國(guó)教育報(bào)-中國(guó)教育新聞網(wǎng)訊（記者 方夢(mèng)宇）近日，安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院舒新文教授研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了中等質(zhì)量黑洞吞噬恒星發(fā)出的X射線準(zhǔn)周期振蕩信號(hào)（類似于黑洞的“心跳”），這是天體物理學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)該類現(xiàn)象，提供了宇宙中存在中等質(zhì)量黑洞的關(guān)鍵證據(jù)。該研究成果2月28日發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊《自然·天文學(xué)》（Nature Astronomy），主要合作者包括中山大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)以及廣州大學(xué)的科研人員。

據(jù)了解，黑洞是廣義相對(duì)論預(yù)言的天體，具有獨(dú)特的時(shí)空結(jié)構(gòu)。目前已知的黑洞大致分為兩大類：第一類是大質(zhì)量恒星死亡后遺留的產(chǎn)物，質(zhì)量在幾倍到幾十倍太陽質(zhì)量之間，稱作恒星級(jí)黑洞；另一類質(zhì)量為太陽的百萬倍以上，稱為超大質(zhì)量黑洞，一般位于星系的核心。人們喜歡把超大質(zhì)量黑洞比作“超級(jí)怪獸”，而中等質(zhì)量黑洞雖被理論預(yù)言為超大質(zhì)量黑洞演化的“種子”，卻因?yàn)殡y以精準(zhǔn)探測(cè)，仍缺乏可靠的觀測(cè)證據(jù)。

“宇宙中可能大部分的黑洞都處于冬眠狀態(tài)?！笔嫘挛慕淌谛χf，“理論上它們應(yīng)該在那兒，可就是不露面。如何找到這些‘宇宙隱士’，是當(dāng)今物理學(xué)和天文學(xué)最燒腦的難題之一?！毙疫\(yùn)的是，當(dāng)一顆“倒霉”的恒星游走到過于靠近黑洞的位置時(shí)，會(huì)被黑洞產(chǎn)生的強(qiáng)大潮汐引力撕裂瓦解，進(jìn)而被黑洞吞噬，同時(shí)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(huì)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(dòng)物偶爾也會(huì)出來覓個(gè)食，天文學(xué)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(tuán)隊(duì)鎖定一例特殊的中等質(zhì)量黑洞潮汐瓦解恒星事件候選體，通過分析相關(guān)觀測(cè)數(shù)據(jù)，在其X射線輻射中探測(cè)到頻率約為0.012赫茲的準(zhǔn)周期性振蕩信號(hào)（“心跳”）?！斑@就像黑洞捕食恒星時(shí)會(huì)有心跳現(xiàn)象，其特定的心率為我們揭示了這顆中等質(zhì)量黑洞的存在”，研究團(tuán)隊(duì)核心成員張文杰博士介紹時(shí)說。通過結(jié)合X射線能譜分析，研究人員推算出該黑洞質(zhì)量介于9900至16000倍太陽質(zhì)量，屬于典型的中等質(zhì)量黑洞范疇。

該項(xiàng)研究首次通過探測(cè)黑洞潮汐瓦解恒星事件的X射線“心跳”信號(hào)，發(fā)現(xiàn)了中等質(zhì)量黑洞存在的重要觀測(cè)證據(jù)。如果把黑洞比做人類（體重和成長(zhǎng)年齡有關(guān)），不同質(zhì)量的黑洞“心律”不一樣，該發(fā)現(xiàn)通過探測(cè)罕見的“心跳”特征，甄別出了類似于青少年時(shí)期的黑洞，填補(bǔ)了描繪黑洞家族成長(zhǎng)和進(jìn)化史的關(guān)鍵缺環(huán)。這不僅為理解中等質(zhì)量黑洞的物理性質(zhì)提供了關(guān)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(guó)“天關(guān)”衛(wèi)星的觀測(cè)）進(jìn)一步探測(cè)和研究中等質(zhì)量黑洞奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。據(jù)悉，該研究成果也是舒新文研究團(tuán)隊(duì)繼2020年在《自然·通訊》發(fā)表雙黑洞潮汐撕裂恒星的成果后，在天體物理黑洞研究領(lǐng)域又一重大突破。