人类观测到史上最强黑洞爆发！亮度超太阳10万亿倍，恒星被吞噬

发布者：唯品一生 2025-11-7 10:05

天文学界再一次被黑洞震撼。

就在本月，《Nature Astronomy》刊登了一项由加州理工学院（Caltech）等机构主导的研究，报告了人类观测史上最强烈的黑洞爆发事件。这场名为 J224554.84+374326.5 的耀斑，在峰值时的亮度超过太阳的 10 万亿倍，总能量释放相当于把一整个太阳的质量完全转化为光。研究者称，它可能是一个超大质量黑洞吞噬一颗超过 30 倍太阳质量恒星时产生的极端潮汐撕裂事件（tidal disruption event, TDE）。

图 | 艺术插图：黑洞缓慢吞噬恒星的过程，光芒依旧夺目（来源：Caltech）

这场观察始于 2018 年春。当时，研究人员在运行“加州理工 Zwicky 瞬变天文台”与“Catalina 实时瞬变巡天”时，捕捉到一个遥远星系中心突然变亮的点源。它在数周内亮度暴涨了约 40 倍，随后在漫长的六年间缓慢衰减。

最初，没人意识到这是一个宇宙级爆发，甚至有研究人员怀疑这只是普通的活动星系核（AGN）亮度波动。直到 2023 年，天文学家再次用夏威夷凯克（Keck）望远镜观测到该源时，发现它在五年后依然明亮异常，这才意识到他们可能见证了某种前所未有的能量释放。

经光谱测定，J2245+3743 位于红移 z=2.554 的遥远宇宙中，距离地球约 100 亿光年。也就是说，这场灾难发生在宇宙形成的极早期。以如此遥远的距离仍能如此明亮，意味着其真实能量之大几乎超出了天文学的想象范围。研究团队计算，其峰值光度约为 4 × 10⁴⁶ erg/s，总辐射能量高达 10⁵⁴ erg——约为已知最强活动星系闪光的 30 倍。简单换算，这相当于太阳在整个寿命中释放能量的上千倍在短短几个月内爆发殆尽。

图 |不同爆发类型峰值亮度与持续时间对比，右上角五角星符号为本次观测对象（来源：Nature Astronomy）

但如此耀眼的火光究竟从何而来？研究者逐一排除了多种可能。

首先，它不是一场普通的超新星爆炸。即便是理论上最极端的“对不稳定超新星”（pair-instability supernova），其能量也只能达到 1053 erg 的量级，远不足以解释此次事件。其次，也不存在显著的伽玛射线或 X 射线信号，因此否定了“伽玛暴”或黑洞喷流的解释。而引力透镜效应——即光线被中间天体放大的假象——也被高分辨率成像排除：图像中没有出现多重像或透镜星系的迹象。

最终，最符合数据的模型，是一颗质量在 30 至 100 倍太阳之间的恒星，在活动星系盘中被超大质量黑洞撕裂并吞噬。

这场灾变的核心是一个约 3×10⁸ 倍太阳质量的超大质量黑洞（supermassive black hole, SMBH），其周围有一个炽热的吸积盘。当恒星靠近黑洞的“潮汐半径”（tidal radius）时，引力差异将其拉得粉碎，恒星物质被撕成细长的流体流，部分逃逸，部分落入黑洞周围形成新的吸积流盘。对于这种“潮汐撕裂事件”，理论预言亮度衰减应遵循 t^(-5/3) 的规律，而在此次观测中，光度下降更为缓慢，符合高质量恒星在吸积盘内被撕裂时的模型：星体碎片与原有盘物质强烈相互作用，持续燃烧发光，使得光衰过程被“拖长”，像是一场宇宙尺度的燃烧。

值得注意的是，事件发生在一个活跃星系核中，而绝大多数此前发现的潮汐撕裂事件都出现在“休眠”星系。研究者因此认为，这是少数几次观测到的“活动星系潮汐事件”（AGN-TDE）之一。这种事件发生的几率本就极低。团队估算，像 J2245+3743 这样极端的耀斑，平均每立方吉秒差距（Gpc³）每年只会发生约 3×10⁻⁴ 次，远低于普通 TDE 的发生概率。换句话说，在整个可观测宇宙范围内，这样的爆发事件一年内也观测不到几起。

研究还揭示了此次事件的独特细节。光学与红外观测表明，爆发过程中几乎没有时间延迟——可见光与中红外峰值几乎同步出现，这意味着光不是由尘埃反射回来的“回声”，而是直接来自事件本身。与此同时，未检测到同步的 X 射线或射电信号，也未发现中微子伴随，这与以往一些喷流主导的 TDE 不同。研究人员由此推断，这次事件并未产生持久或强烈的相对论喷流，而是一个相对“裸露”的潮汐吸积爆发。

对光谱的进一步分析揭示，J2245+3743 的辐射带有典型活动星系特征：宽广的氢巴耳末线（Hα、Hβ）与碳、镁等高电离发射线清晰可辨，部分谱线呈现出“P-Cygni”吸收特征，显示存在高速外流。奇特的是，氢β线强度被压制，研究团队推测可能是密集气体外流造成的吸收，这种特征在此前一些潮汐事件中也曾出现。所有迹象都指向一个结论：这颗恒星是在黑洞吸积盘的平面上被撕裂，物质与盘发生持续相互作用，从而延长了光变的时间尺度并增强了辐射效率。

在如此巨大的能量转换率下，约 1 个太阳质量的物质被完全转化为辐射能量——其效率高达爱因斯坦著名公式 E=mc² 的 10%。这也解释了为何这场爆发能比已知的任何 AGN 耀斑都更耀眼。

令人着迷的是，理论早已预测在活动星系吸积盘中可能孕育大质量恒星。浓密气体环境能促进快速恒星形成，并令这些恒星在数百万年内长到几十甚至上百倍太阳质量。这种“盘内恒星”的存在，也被认为是黑洞附近星族演化的重要途径。J2245+3743 或许就是这种机制的直接证据——它不仅证明了超大质量黑洞能“养育”并“吞噬”巨星，也揭示了盘中恒星与黑洞之间复杂的动力学互动。

团队成员进一步指出，未来的巡天项目，如即将启动的“鲁宾天文台”（Vera C. Rubin Observatory）与“罗曼太空望远镜”（Nancy Grace Roman Space Telescope），将能够更频繁地捕捉到类似的极端事件。