我国科学家首次探测到中等质量黑洞吞噬恒星的“心跳”
记者3月1日从安徽师范大学获悉，该校物理与电子信息学院舒新文教授研究团队近日发现了中等质量黑洞吞噬恒星发出的X射线准周期振荡信号，这是天体物理学家首次发现该类现象，提供了宇宙中存在中等质量黑洞的关键证据。
该研究成果2月28日发表于国际顶级期刊《自然·天文学》，主要合作者包括中山大学、中国科学技术大学、广州大学的科研人员。
左图为中等质量黑洞所在星系的光学图像，中图为中等质量黑洞撕裂恒星的艺术想象图，右图为光变信号对应的功率密度谱。安徽师大供图
黑洞是广义相对论预言的天体，具有独特的时空结构。目前已知的黑洞大致分为两大类：第一类是大质量恒星死亡后遗留的产物，质量在几倍到几十倍太阳质量之间，称作恒星级黑洞；另一类质量为太阳的百万倍以上，称为超大质量黑洞，一般位于星系的核心。人们喜欢把超大质量黑洞比作“超级怪兽”，而中等质量黑洞虽被理论预言为超大质量黑洞演化的“种子”，却因为难以精准探测，仍缺乏可靠的观测证据。“宇宙中可能大部分的黑洞都处于冬眠状态”，舒新文介绍说：“理论上它们应该在那儿，可就是不露面。如何找到这些‘宇宙隐士’，是当今物理学和天文学最烧脑的难题之一。”
当一颗恒星游走到过于靠近黑洞的位置时，会被黑洞产生的强大潮汐引力撕裂瓦解，进而被黑洞吞噬，同时释放出短暂剧烈的电磁辐射。这被称为黑洞潮汐撕裂恒星事件。“类似于冬眠的动物偶尔也会出来觅个食，天文学家就可以通过侦探‘觅食’过程的蛛丝马迹来捕获黑洞。”舒新文形象地比喻说。
他的研究团队锁定了一例特殊的中等质量黑洞潮汐瓦解恒星事件候选体，通过分析相关观测数据，在其X射线辐射中探测到频率约为0.012赫兹的准周期性振荡信号。“这就像黑洞捕食恒星时会有心跳现象，其特定的心率为我们揭示了这颗中等质量黑洞的存在”，研究团队核心成员张文杰博士介绍说。通过结合X射线能谱分析，研究人员推算出该黑洞质量介于9900至16000倍太阳质量，属于典型的中等质量黑洞范畴。
该项研究首次通过探测黑洞潮汐瓦解恒星事件的X射线“心跳”信号，发现了中等质量黑洞存在的重要观测证据。如果把黑洞比做人类，该发现通过探测罕见的“心跳”特征，甄别出了类似于青少年时期的黑洞，填补了描绘黑洞家族成长和进化史的关键缺环。这不仅为理解中等质量黑洞的物理性质提供了关键信息，也为未来进一步探测和研究中等质量黑洞奠定了坚实基础。
该研究成果也是舒新文研究团队继2020年在《自然·通讯》发表双黑洞潮汐撕裂恒星的成果后，在天体物理黑洞研究领域又一重大突破。
记者：陈婉婉
编辑：王嵌
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