中国科大发现罕见中等质量黑洞潮汐瓦解事件

近日，中国科学技术大学物理学院薛永泉教授和蒋凝特任教授领衔的国际研究团队，利用我国“天关”卫星的首批科学观测数据，结合国际上空间和地面望远镜的多波段后随观测，首次证认了一例在光学、X射线和射电波段均呈现耀发的位于星系中心的中等质量黑洞潮汐瓦解事件，为搜寻宇宙中“缺失”的中等质量黑洞提供了关键线索。研究成果以“A Tidal Disruption Event from an Intermediate-mass Black Hole Revealed by Comprehensive Multi-wavelength Observations”为题，发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上，并入选《自然·通讯》编辑亮点（Editors’ Highlights）。

当前宇宙中已知的黑洞质量分布存在显著断层：一端是百倍太阳质量以下的恒星级黑洞，另一端是百万至百亿倍太阳质量的超大质量黑洞。一般认为，介于两者之间的中等质量黑洞并非真实数量稀少，而是受限于当前的观测手段，极难被发现。近年来，随着时域天文的快速发展，潮汐瓦解事件（TDE）成为探测中等质量黑洞新的有效手段。TDE是指当一颗恒星运动至黑洞附近时，被黑洞强大的潮汐力瓦解并被黑洞吸积，从而释放出剧烈暂现电磁辐射的过程。TDE如同宇宙中的“闪光灯”，能够点亮那些处于“沉睡”状态的黑洞，尤其是让那些极难现身的中等质量黑洞得以显露真容。

潮汐瓦解事件的艺术想象图（AI图）

研究团队聚一例位于近邻宇宙矮星系（即质量较小的星系）中心的TDE候选体AT 2018cqh。它最早于2018年由欧洲空间局（ESA）的“盖亚”（Gaia）探测器在光学巡天中发现，随后在X射线和射电波段也监测到显著的爆发信号。研究团队在注意到其X射线辐射呈现出异常的缓慢上升趋势后，申请并成功获批利用我国“天关”卫星、美国“雨燕”（Swift）卫星、欧洲空间局XMM-Newton卫星以及美国海尔（Hale）望远镜等空间和地面望远镜开展多波段后随观测。观测结果显示，该事件展现出极不寻常的演化特征：其X射线辐射经历一个长达至少550天的缓慢上升期，在到达峰值并经历一段下降期后，进入一个持续超过500天且至今仍未结束的高态平台期。这种长时标的上升过程与持久的高态X射线平台期，在已知的TDE中极为罕见。

AT 2018cqh的光学、X射线、射电波段光变曲线

基于对X射线光变与能谱特征的深入分析，研究团队发现该事件的辐射行为和演化特征与由中等质量黑洞引发的TDE模型预测高度吻合。结合观测到的X射线平台期光度、上升时标及吸积盘温度，研究团队推算出该黑洞的质量可能介于10万至60万倍太阳质量之间，属于中等质量黑洞范畴。此外，基于宿主星系的恒星质量、恒星速度弥散等性质，通过标度关系独立估算的黑洞质量与上述结果基本一致。多波段数据的相互印证，强烈指向该星系中心存在一个质量为10万倍太阳质量量级的中等质量黑洞。

这例中等质量黑洞TDE罕见地在光学、X射线及射电波段都被捕捉到了从上升、峰值、下降到平台期的演化全过程，特别是首次详细记录到的TDE中罕见的长时标X射线上升与高态平台现象尤为引人注意。这一发现不仅为中等质量黑洞的存在提供了强有力的观测证据，也为理解TDE的吸积物理过程、吸积盘形成机制及中等质量黑洞与宿主星系的协同演化提供了关键信息。该成果凸显了多波段时域天文观测在搜寻和研究中等质量黑洞方面的巨大潜力。值得一提的是，TDE也是中国科大与紫金山天文台共建的墨子巡天望远镜（WFST）的核心科学目标之一。因此，该项研究也为联合利用WFST、“天关”卫星等自主设备进一步搜寻和认证中等质量黑洞奠定了坚实基础。

物理学院博士研究生王佳来为论文第一作者，薛永泉教授和蒋凝特任教授为论文的共同通讯作者。论文作者还包括香港大学、中国科学院国家天文台、南京大学、安徽师范大学、厦门大学、美国密歇根大学等单位的研究人员。这项研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院、科技部、安徽省、教育部、中国博士后科学基金会、香港研究资助局等机构的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-68670-3

编辑亮点页面链接：https://www.nature.com/collections/bbhbgahdfd

（物理学院、科研部）