黑洞爆发亮度超过一万亿个太阳

这一情景恰好解释了《自然·天文学》一项新研究的发现——该研究描述了迄今观测到的来自超大质量黑洞的最强大、最遥远的能量耀斑。该天体于2018年首次由兹威基瞬变设施（ZTF）发现，这是一项由美国国家科学基金会（NSF）资助、在加州理工学院帕洛玛天文台运行的巡天项目，同时也被另一项NSF资助的加州理工项目——卡特琳娜实时瞬变巡天项目追踪。该耀斑亮度急剧增加——数月内增至原来的40倍，峰值时亮度是以往任何黑洞耀斑的30倍，最大强度相当于10万亿个太阳的光度。

窥见早期宇宙
产生该耀斑的黑洞是活动星系核（AGN）——一种主动吞噬周围物质的黑洞。这个名为J2245+3743的活动星系核，质量约为太阳的5亿倍，距离地球约100亿光年。由于光在浩瀚宇宙中传播需要时间，天文学家观测到的是这一事件在宇宙尚年轻时发生的景象。

“其能量学特征表明这个天体非常遥远且极其明亮，”该研究第一作者、加州理工学院天文学研究教授兼ZTF项目科学家马修·格雷厄姆表示，“这与我们见过的任何活动星系核都不同。”

尽管耀斑正逐渐减弱，天文学家仍在持续观测。在如此遥远的距离上，时间流逝速度不同——这一现象被称为宇宙时间膨胀。正如格雷厄姆解释的：“当光穿越膨胀的宇宙空间到达我们这里时，其波长会被拉伸，时间本身也是如此。”因此，像ZTF和卡特琳娜这样的长期巡天项目至关重要。“我们这里的7年，在那里相当于2年。我们正在以四分之一的速度观看这一事件的回放。”他补充道。

被撕裂的恒星
为弄清这一异常爆发的原因，研究人员测试了多种可能性，认为最可能的原因是潮汐瓦解事件（TDE）。潮汐瓦解事件发生在恒星过于靠近超大质量黑洞时，被其巨大引力撕裂。恒星物质逐渐被吸入并吞噬。由于J2245+3743的耀斑仍可见，天文学家认为这个黑洞正处于“进食中途”，“就像一条鱼只吞到鲸鱼喉咙一半”。

如果这一解释正确，那么这颗倒霉的恒星质量至少是太阳的30倍。此前已知最大的潮汐瓦解事件——绰号“恐怖芭比”（Scary Barbie）——强度约为此次的三十分之一，涉及的恒星质量仅为太阳的3至10倍。

吸积盘内的罕见事件
在已知的约100个潮汐瓦解事件中，大多数并未发生在活动星系核系统内，这类系统中心黑洞周围通常环绕着密集的旋转吸积盘。这些明亮的环境通常会掩盖其他事件，使潮汐瓦解事件难以探测。然而，J2245+3743的极高亮度使其清晰可见。

起初，天文学家并未发现异常。2018年首次发现该天体时，帕洛玛天文台200英寸海尔望远镜获取的光谱未显示特殊特征。但到2023年，耀斑的减弱速度慢于预期。夏威夷W. M. 凯克天文台的后续光谱揭示了该活动星系核的极高光度。

确认史上最亮耀斑
“起初，确定这个极端天体确实如此明亮非常重要，”合著者、纽约市立大学研究生中心、曼哈顿社区学院及美国自然历史博物馆的K. E. 萨维克·福特说。福特解释道，一种可能性是耀斑光直接射向地球，但美国宇航局退役的广域红外巡天探测器（WISE）任务的数据排除了这一点。排除其他可能性后，团队得出结论：J2245+3743代表了迄今观测到的最亮黑洞耀斑。

“自我们开始观测以来，该耀斑释放的能量，相当于用爱因斯坦著名的公式E=mc²将整个太阳转化为能量，”福特指出。

恒星毁灭强度超超新星
在证实耀斑的破纪录强度后，研究人员探究了其起源。“超新星的亮度不足以解释这一现象，”福特说。最一致的解释是超大质量黑洞正在缓慢撕裂一颗巨大的恒星。

“如此大质量的恒星很罕见，”福特继续说，“但我们认为活动星系核吸积盘内的恒星可能会长得更大。吸积盘的物质会落到恒星上，使其质量增加。”

寻找更多宇宙“巨兽”
发现超大质量黑洞吞噬如此大质量的恒星表明，宇宙其他地方可能也在发生类似事件。研究团队计划通过更多ZTF数据寻找其他例子，未来的观测设施，如美国国家科学基金会和能源部的薇拉·C·鲁宾天文台，也可能发现更多大型潮汐瓦解事件。

“如果没有ZTF，我们根本不可能发现这一罕见事件，”格雷厄姆说。“我们用ZTF观测天空已有7年，因此当看到任何耀斑或变化时，我们能了解它过去的情况以及未来的演化。”

发现背后的团队
这项题为《超大质量黑洞记录到的极亮耀斑》的研究得到了美国国家科学基金会、西蒙斯基金会、美国宇航局和德国研究基金会的支持。合著者包括加州理工学院的安德鲁·德雷克、丁元泽（2025届硕士）、曼西·卡斯利瓦尔（2011届博士）、山姆·罗斯、吉恩·索马尔瓦尔（现加州大学伯克利分校博士后）、乔治·乔戈夫斯基、施里·库尔卡尼和阿希什·马哈巴尔；加州理工学院IPAC天文中心的特蕾西·陈和史蒂文·格鲁姆；以及美国宇航局喷气推进实验室（由加州理工学院管理）的丹尼尔·斯特恩。其他贡献者包括纽约市立大学研究生中心、曼哈顿社区学院及美国自然历史博物馆的巴里·麦克南；Flatiron研究所和普林斯顿大学的马特奥·坎蒂埃洛；尤里卡科学公司的迈克·科斯；加州大学伯克利分校的拉法埃拉·马古蒂；英国南安普顿大学的菲尔·怀斯曼；德国鲁尔大学的帕特里克·韦雷斯；以及华盛顿大学的埃里克·贝尔姆。

加州理工学院的ZTF由美国国家科学基金会和国际合作伙伴资助，此外还得到海森-西蒙斯基金会和加州理工学院的支持。数据由加州理工学院IPAC处理和存档，美国宇航局通过其近地天体观测项目资助ZTF寻找近地天体。