近日，安徽師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院舒新文教授研究小組在一個(gè)河外星系中發(fā)現(xiàn)了一對(duì)互相繞轉(zhuǎn)的超大質(zhì)量雙黑洞吞噬恒星的罕見天文現(xiàn)象。這是天體物理學(xué)家迄今為止在正常星系中發(fā)現(xiàn)的第二例超大質(zhì)量雙黑洞繞轉(zhuǎn)系統(tǒng)。該研究成果近日在線發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊《自然·通訊》（Nature Communications），主要合作者包括中科院國(guó)家天文臺(tái)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、廣州大學(xué)、上海天文臺(tái)、中山大學(xué)以及北京大學(xué)的科研人員。

當(dāng)今主流的星系等級(jí)成團(tuán)理論預(yù)言宇宙中應(yīng)存在大量的超大質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)。然而，即便是經(jīng)過(guò)了30多年的研究，天文學(xué)家僅在少數(shù)幾個(gè)活動(dòng)的星系中找到了超大質(zhì)量雙黑洞。由安徽師范大學(xué)舒新文教授領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)，以黑洞引力潮汐瓦解恒星事件為突破口，監(jiān)測(cè)事件發(fā)生后X射線輻射的演化特性，最終成功發(fā)現(xiàn)迄今為止人類已知的第二例雙黑洞引力潮汐撕裂恒星的罕見現(xiàn)象。該成果對(duì)于刻畫正常星系中休眠雙黑洞的分布、揭露星系增長(zhǎng)和宇宙大尺度結(jié)構(gòu)形成機(jī)制、檢驗(yàn)現(xiàn)有的引力理論、以及為下一代引力波探測(cè)器提供有效波源等研究領(lǐng)域都具有重要意義。

黑洞是廣義相對(duì)論預(yù)言的奇妙天體，具有獨(dú)特的時(shí)空結(jié)構(gòu)，存在視界面，即進(jìn)入視界面的所有物質(zhì)包括光線都無(wú)法逃脫并最終落入奇點(diǎn)。英國(guó)牛津大學(xué)彭羅斯教授因?yàn)楹诙雌纥c(diǎn)的理論研究成就獲得2020年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。目前已知的黑洞大致分為兩大類：第一類是大質(zhì)量恒星死亡后遺留的產(chǎn)物，質(zhì)量在幾倍到幾十倍太陽(yáng)質(zhì)量之間，稱作恒星級(jí)黑洞；另一類質(zhì)量為太陽(yáng)的百萬(wàn)倍以上，稱為超大質(zhì)量黑洞，一般位于星系的核心。2015年人類首次探測(cè)到恒星級(jí)黑洞并合觸發(fā)的引力波事件（2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)），開啟了引力波與電磁輻射相結(jié)合的多信使天體物理學(xué)研究時(shí)代。根據(jù)現(xiàn)有等級(jí)成團(tuán)星系演化理論，宇宙中應(yīng)存在大量的超大質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)。然而，即便是經(jīng)過(guò)了30多年的研究，天文學(xué)家僅在少數(shù)幾個(gè)活動(dòng)的星系中找到了超大質(zhì)量雙黑洞。如何尋找和探測(cè)超大質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)是當(dāng)今物理學(xué)和天文學(xué)最重要的前沿問(wèn)題之一。

當(dāng)一個(gè)恒星運(yùn)動(dòng)到太靠近黑洞的位置時(shí)會(huì)被其強(qiáng)大潮汐引力撕裂瓦解，進(jìn)而被黑洞吞噬，同時(shí)釋放出短暫的劇烈電磁波輻射，稱為黑洞潮汐撕裂恒星事件。通過(guò)探測(cè)星系中心的X-射線或紫外/光學(xué)閃耀信號(hào)，可以窺視黑洞如何影響周圍物質(zhì)的行為。理論計(jì)算表明當(dāng)互相繞轉(zhuǎn)的超大質(zhì)量雙黑洞之一潮汐撕裂恒星產(chǎn)生X射線閃耀時(shí)，另外一個(gè)黑洞的引力會(huì)間歇性阻斷被瓦解的恒星碎片內(nèi)流，導(dǎo)致X-射線閃耀急劇變暗進(jìn)而恢復(fù)亮度的奇特光變圖案。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析美國(guó)宇航局Swift衛(wèi)星和歐洲空間局XMM-Newton衛(wèi)星觀測(cè)資料，在一個(gè)距離地球約26億光年之遙的星系中成功發(fā)現(xiàn)了理論預(yù)言的急劇變暗和可重復(fù)的X射線閃耀現(xiàn)象，給出雙黑洞吞噬恒星的強(qiáng)烈觀測(cè)證據(jù)。這是繼論文的合作者、北京大學(xué)劉富坤團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)首例雙黑洞吞噬恒星事件后的第二例此類罕見天文現(xiàn)象，對(duì)揭示正常星系中休眠雙黑洞的分布、構(gòu)建黑洞潮汐撕裂恒星的全景演化圖像、檢驗(yàn)現(xiàn)有的引力理論、以及為下一代引力波探測(cè)器提供有效波源具有重要意義。

據(jù)悉，這是安徽師范大學(xué)物理學(xué)科首次以第一作者單位在《自然》子刊系列發(fā)表研究論文，安徽師范大學(xué)博士研究生張文杰負(fù)責(zé)了NASA/Swift衛(wèi)星和ESA／XMM-Newton衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)處理和分析，安徽師范大學(xué)2018級(jí)物理學(xué)專業(yè)本科生宋左子菲參與了論文配圖的設(shè)計(jì)。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。