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在傳統印象中，大質量黑洞往往“盤踞”在星系中心。然而，最新研究在一個距離地球約2.3億光年（紅移z=0.017)的矮星系里發現了一個“不安分”的黑洞，它沒有待在星系核心，而是偏離中心近1千秒差距（約3千光年），并且噴射出射電噴流。這一近鄰矮星系中的“離核、原位吸積、帶噴流”黑洞，是目前紅移最低、證據最扎實的案例之一。這項發現進一步強化了“黑洞增長并非僅限星系中心”的認識，也為理解早期宇宙中超大質量黑洞的快速生長提供了新視角。相關成果于2025年9月5日在線發表在《Science Bulletin》。

圖1：藝術示意圖，ChatGPT參與繪制

黑洞不總在星系中心

在我們習慣的宇宙圖景里，大質量黑洞常被視為星系的“心臟”。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，在星系盤或外側邊緣地帶“游離”。這些“流浪黑洞”（wandering black hole），就像迷路的旅人，在宇宙中四處游蕩。

為什么要在矮星系里找它們？矮星系質量小、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，容易讓黑洞在淺引力勢阱的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，相當比例的矮星系黑洞會偏離中心達到一千秒差距量級，但長期以來缺少直接、明確的觀測證據。

新發現：矮星系中的“射電迷途黑洞”

中國科學院上海天文臺安濤研究員帶領的國際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）。基于“近鄰星系光譜巡天”（MaNGA）的積分視場光譜（IFU）數據，科研人員發現這個星系呈現較弱的活動星系核（AGN）特征，星系整體形態規整、沒有明顯并合或雙AGN跡象。但關鍵一點是，與之成協的射電輻射并不在星系的幾何中心，而是偏離中心將近一千秒差距。

為了確認其本質，團隊利用甚長基線陣列射電望遠鏡（VLBA），在1.6 GHz和4.9 GHz兩個波段開展了深度成像。結果顯示：該源與星系中心的角距離為2.68角秒（對應0.94千秒差距），射電核心亮溫度超過十億開爾文，在1.6 GHz圖像上觀測到沿東南方向延伸長約2.2秒差距（7.2光年）的射電輻射結構。這些都是典型的AGN特征。不僅如此，團隊還系統梳理了1993—2023年間的檔案數據，發現該源在幾十年尺度上呈現非單調的“時強時弱”變化，符合“長期、原位吸積”的行為；這與超新星遺跡在數年時標內單調衰減的常見規律明顯不同，從而有效排除了“偽裝者”。結合其宿主星系恒星質量，黑洞質量的經驗估計約為30萬倍太陽質量，屬于中等質量黑洞（IMBH）范疇。綜合多個觀測特征，可以確認：這是一個正在活躍吸積、擁有噴流的游離黑洞，而且是目前最臨近（紅移最低）的矮星系此類案例之一。劉媛琪助理研究員形象地比喻說：“就像一座被‘流浪黑洞’點燃的宇宙燈塔，它雖然離開了星系中心，卻依舊在向外噴射能量。”

稀缺性：為什么“這一個”尤為重要？

從更廣闊的統計視角來看，這一發現尤為突出。在 3000多個MaNGA矮星系中，研究人員篩選出 628 個 AGN 候選體，其中約 62% 的源存在AGN偏離星系光學中心的現象，表明離核現象或許并不罕見。但“候選”并不等同于“確認”，論文合作者，西班牙空間科學研究所(ICE-CSIC)研究員Mar Mezcua強調：“尤其是在矮星系中，要獲得明確的游離 AGN 觀測證據極為困難，因此此類發現極為稀有。”安濤團隊對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，并利用最高靈敏度和分辨率進行跟蹤觀測。在這11個目標源的觀測中，只有 MaNGA 12772-12704 同時具備“致密高亮溫度、秒差距噴流、30 年時域光變”三重證據，成為目前唯一獲得確證的案例。

科學突破：黑洞成長的另一種路徑

過去主流觀點認為，大質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。該研究則以一個IMBH 量級的離核、原位吸積來源，證明黑洞不在中心也能穩定吸積并形成噴流。這為早期宇宙超大質量黑洞的“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并合，從而在不足十億年的時間內成長為上億倍太陽質量的龐然大物。”安濤研究員指出。此外，黑洞雖然位于“郊區”也能對宿主環境產生影響。流浪黑洞也能噴射出強勁的物質流，向周圍氣體注入能量、擾動動力學并調控恒星形成。這激發我們重新審視黑洞—星系共演化：黑洞不只是中心“引擎”，還可能在星系外側悄然改寫宿主的生命歷程。

展望：揭開“隱形黑洞”的宇宙族群

這項研究讓“流浪黑洞”從理論猜想（“猜得到”）變為直接觀測（“看得見”）。隨著下一代望遠鏡到來，“迷途黑洞”或許不再罕見，只是我們以前看得還不夠清楚。未來，極大口徑光學望遠鏡將能精確測定矮星系的光學中心和結構，深度獲取高分辨率光譜，分辨弱或被掩蔽的AGN特征，發現更多離核或游離黑洞候選體，擴展樣本規模。隨著FAST核心陣和平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）的建成，天文學家將有機會以更高靈敏度和分辨率進行系統巡天，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，為偏核黑洞的確認和統計研究帶來突破。或許，未來我們會意識到，宇宙中漂泊的黑洞并不罕見，它們像是星系邊緣的“隱形旅人”，靜默而深遠地影
響著星系的生命歷程。

圖2：左上圖為光學積分視場單元光譜圖，右上圖為對應像素的BPT診斷圖，利用星系光譜里幾條特定發射線的比例，來區分星系的電離源來自恒星形成和活動星系核的貢獻。左下圖為光學觀測圖與射電FIRST巡天觀測等值線。右下圖射電射電甚長基線干涉陣列VLBA觀測到的核-噴流結構。

該研究由安濤研究員擔任通訊作者，劉媛琪助理研究員擔任第一作者。此項研究由中國科學院上海天文臺、中國科學院高能物理研究所，以及西班牙、瑞典、韓國等國家的多家研究機構合作完成。該項研究得到國家重點研發計劃SKA專項、國家自然科學基金、上海市東方英才計劃領軍項目、新疆維吾爾自治區天池英才計劃、中國博士后基金等項目的大力支持。數據處理依托SKA區域中心中國節點。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.09.001

科學聯系人：

安??濤 antao@shao.ac.cn

劉媛琪yuanqi@shao.ac.cn