通常，大質(zhì)量黑洞被視為星系的“心臟”，“盤踞”在星系中心。但越來越多的觀測表明，部分黑洞會(huì)偏離核心，在星系盤或外側(cè)邊緣地帶“游離”。矮星系質(zhì)量小、演化歷史相對簡單，其保存了早期黑洞成長的線索。理論預(yù)測表明，星系合并后的引力波反沖或多體相互作用，使黑洞在淺引力勢阱的矮星系里，易被踢出中心，成為在星系外圍游蕩的黑洞。也有模擬實(shí)驗(yàn)指出，相當(dāng)比例的矮星系黑洞會(huì)偏離中心，達(dá)到一千秒差距量級。但長期以來，相關(guān)研究缺少直接、明確的觀測證據(jù)。

　　近日，中國科學(xué)院上海天文臺等科研團(tuán)隊(duì)，在距離地球約2.3億光年（紅移z≈0.017）的矮星系MaNGA 12772-12704里，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)“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(jù)最扎實(shí)的案例之一。這一發(fā)現(xiàn)強(qiáng)化了學(xué)界對“黑洞增長并非僅限星系中心”的認(rèn)識，為理解早期宇宙中，超大質(zhì)量黑洞快速生長提供了新視角。

　　研究團(tuán)隊(duì)基于近鄰星系光譜巡天（MaNGA）的積分視場光譜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該星系呈現(xiàn)較弱的活動(dòng)星系核（AGN）特征，即星系整體形態(tài)規(guī)整、沒有明顯并合或雙AGN跡象，且與之成協(xié)的射電輻射不在星系幾何中心，而是偏離中心近一千秒差距。為了確認(rèn)其本質(zhì)，研究團(tuán)隊(duì)利用甚長基線陣列射電望遠(yuǎn)鏡（VLBA），在1.6GHz和4.9GHz，兩個(gè)波段開展了深度成像。結(jié)果顯示，該源與星系中心的角距離為2.68角秒（對應(yīng)0.94千秒差距），射電核心亮溫度超十億開爾文，且在1.6GHz圖像上，觀測到了沿東南方向，延伸長約2.2秒差距（約7.2光年）的射電輻射結(jié)構(gòu)，這些均為典型的AGN特征。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)梳理了1993年至2023年間的檔案數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該源在幾十年尺度上，呈現(xiàn)非單調(diào)的“時(shí)強(qiáng)時(shí)弱”變化，符合“長期、原位吸積”行為，這與超新星遺跡在數(shù)年時(shí)標(biāo)內(nèi)，單調(diào)衰減的常見規(guī)律明顯不同。進(jìn)一步，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合其宿主星系恒星質(zhì)量、黑洞質(zhì)量的經(jīng)驗(yàn)，估計(jì)其約為30萬倍太陽質(zhì)量，屬于中等質(zhì)量黑洞范疇。綜合多個(gè)觀測特征，研究團(tuán)隊(duì)確認(rèn)這是一個(gè)正在活躍吸積、擁有噴流的游離黑洞。

　　該研究以一個(gè)中等質(zhì)量黑洞量級的離核、原位吸積來源證明，黑洞不在中心也能穩(wěn)定吸積并形成噴流，為早期宇宙超大質(zhì)量黑洞的“分布式進(jìn)食/多點(diǎn)生長”提供了實(shí)證支撐。此外，該研究提示，“流浪黑洞”可噴射出強(qiáng)勁的物質(zhì)流，向周圍氣體注入能量、擾動(dòng)動(dòng)力學(xué)并調(diào)控恒星形成，這引發(fā)學(xué)界重新審視黑洞-星系共演化，即黑洞不只是中心“引擎”，還可能在星系外側(cè)改寫宿主的生命歷程。

　　這項(xiàng)研究讓“流浪黑洞”從理論猜想變?yōu)橹苯佑^測。下一步，隨著FAST核心陣和平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（SKA）的建成，天文學(xué)家有望以更高靈敏度和分辨率進(jìn)行系統(tǒng)巡天，探測到更微弱的射電信號，繼而直接分辨出亞秒差距級別的微型噴流，為偏核黑洞確認(rèn)和統(tǒng)計(jì)研究帶來突破。

　　9月5日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》（Science Bulletin）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、上海市、新疆維吾爾自治區(qū)等的支持。

左上圖為光學(xué)積分視場單元光譜圖，右上圖為對應(yīng)像素的BPT診斷圖，利用星系光譜里幾條特定發(fā)射線的比例，來區(qū)分星系的電離源來自恒星形成和活動(dòng)星系核的貢獻(xiàn)。左下圖為光學(xué)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(jié)構(gòu)。