爱因斯坦探针发现罕见的中等质量黑洞

什么是中等质量黑洞？

中等质量黑洞 (IMBH) 是一种质量介于 100 到 100,000 倍太阳质量之间的宇宙天体，有效地填补了恒星级黑洞与超大质量黑洞之间的演化空白。这些“缺失的环节”比其他同类天体更为罕见，通常在稠密的星团或遥远星系的边缘寻找。

2025年7月2日，由中国领导的爱因斯坦探针（Einstein Probe）任务发现了 EP250702a，这标志着高能天体物理学的一个里程碑时刻。在一次常规巡天中，该任务的宽视场X射线望远镜 (WXT) 探测到了一个快速变化的 X 射线源，其表现出的特征远超普通的宇宙现象。这一事件随后得到了 NASA 的费米伽马射线空间望远镜 (Fermi Gamma-ray Space Telescope) 的证实，预示着一颗白矮星被一个中等质量黑洞猛烈摧毁，这种现象被称为潮汐瓦解事件 (TDE)。

爱因斯坦探针空间望远镜有何独特之处？

爱因斯坦探针 的独特之处在于其创新的“龙虾眼”光学技术，这使得它的宽视场X射线望远镜能够以高灵敏度同时监测广阔的天空区域。这种能力使其能够探测到不可预测且快速演化的 X 射线暂现源，从而为全球多波段后续观测提供所需的精确坐标。

来自中国科学院国家天文台 (NAOC) 的任务科学家袁为民教授强调，这颗卫星是专门为捕捉这些极端瞬间而设计的。通过提供短时标事件的实时数据，爱因斯坦探针允许国际团队迅速调动地面和空间设备。在 EP250702a 的案例中，后随X射线望远镜 (FXT) 对该波段进行了为期 20 天的追踪，观察到辐射从“硬”X 射线转变为“软”X 射线时，亮度下降了超过 10 万倍。

中等质量黑洞与超大质量黑洞有何区别？

中等质量黑洞与超大质量黑洞的区别在于它们的总质量和星系分布；中等质量黑洞的重量在 100 到 100,000 个太阳之间，而超大质量黑洞的重量则超过 100,000 到数十亿个太阳质量。超大质量黑洞通常坐落在大型星系的中心，而中等质量黑洞往往位于非中心位置或较小的恒星环境中。

对 EP250702a 的分析表明，这次爆发发生在遥远星系的边缘，而非其核心。这种偏离中心的位置是中等质量黑洞的一个关键标志，因为超大质量黑洞几乎无一例外地占据其宿主星系的中心引力势阱。这次爆发的光度极高，峰值约为每秒 3 x 10^49 尔格，这进一步将该事件与更常见的恒星级黑洞暂现源区分开来，标志着这是一次罕见的高能爆发。

潮汐瓦解事件的机制

当一颗恒星游荡到过于接近黑洞的事件视界并被潮汐力撕碎时，就会发生潮汐瓦解事件。在这次特定的遭遇中，白矮星极高的密度需要中等质量黑洞巨大的引力才能开启粉碎过程。随着恒星物质被向内拉拽，它形成了一个吸积盘，产生了一个相对论性喷流，从而产生了爱因斯坦探针和费米望远镜观测到的强烈伽马射线和 X 射线信号。

由香港大学 (HKU) 博士后研究员陈锦鸿博士领导的计算模拟证实了这一模型。通过将数值物理应用于观测数据，团队证明了能量输出和演化时间尺度与一颗白矮星被中等质量黑洞吞噬高度一致。这项研究表明，产生的喷流正是最初触发全球天文警报的高能辐射的来源。

合作研究与科学专业知识

对这一罕见事件的解释是涉及来自 40 个机构的 300 多名科学家广泛国际合作的结果。主要贡献来自香港大学物理系和香港天文及天体物理学院。香港大学的共同通讯作者戴丽心教授指出，白矮星-中等质量黑洞模型仍然是对这 20 天观测窗口内收集到的独特数据集最自然的解释。

• 首席研究员： 来自香港大学、中国科学院国家天文台和马克斯·普朗克研究所 (Max Planck Institute) 的科学家。
• 关键机构： 中国科学技术大学、ESA 和法国国家空间研究中心。
• 数据来源： 来自 X 射线、伽马射线和光学地面望远镜的综合数据。

对现代天体物理学的意义

通过潮汐瓦解事件识别中等质量黑洞，为长期以来一直难以明确探测的黑洞种群提供了直接证据。这一发现有助于填补黑洞统计中的“质量断层”，为这些天体如何从恒星级种子成长为像银河系中心那样的庞大黑洞实体提供了新的见解。它还为研究致密星的最终命运和相对论性喷流物理学提供了一个实验室。

未来的研究将集中在分析辐射从硬 X 射线到软 X 射线的转变，这为吸积过程提供了蓝图。香港天文及天体物理学院院长张冰教授强调，这一发现彰显了国际合作在解决前沿问题中的价值。随着爱因斯坦探针继续其巡天任务，天文学家期望发现更多类似 EP250702a 的案例，进一步照亮不断演化的宇宙中黑暗且暴力的角落。