韦布望远镜证实“逃逸”超大质量黑洞

RBH-1：处于逃逸状态的超大质量黑洞

本周（2025年12月18日），天文学家宣布，詹姆斯·韦伯空间望远镜（James Webb Space Telescope）的后续观测已确认 RBH-1 为一个逃逸超大质量黑洞。该物体位于光行距离约 75 亿光年处，其质量至少是太阳的 1000 万倍，并正以接近每秒 954 公里的速度移动——这一速度足以穿透其宿主星系周围稀薄的气体，并逃向星系际空间。证据令人瞩目：JWST 的 NIRSpec 光谱绘制出了该物体前方发光弓形激波上剧烈的速度跳变，以及其后方延伸约 20 万光年的长条状恒星形成轨迹。

JWST 是如何锁定这一运动的

RBH-1 最初在 2023 年的哈勃（Hubble）图像中因其引人注目的彗星状结构而受到关注：前方是明亮的激波，后方则拖着一长串年轻恒星。为了测试这种形态是否真的源于一个以超音速运动的质量天体，耶鲁大学 Pieter van Dokkum 的团队利用 JWST 的近红外光谱仪测量了穿过该特征的激波激发气体的速度。由于整个结构相对于地球有轻微倾斜，近侧气体的光发生蓝移，而远侧气体的光则发生红移。JWST 的数据集显示了突然的速度差异：激波后方的气体移动速度比前方物质快约 600 公里/秒，这种构型只能解释为一个沉重的物体正以大约 954 公里/秒的速度犁过环星系介质。

这一速度结合推断出的质量，以及弓形激波和尾迹的几何结构，使团队得出结论：RBH-1 不是瞬态亮点或偶然的恒星流。相反，它是一个名副其实的逃逸超大质量黑洞——这是第一个运动学和光谱特征测量得足够充分、具有说服力的案例。

什么力量能给超大质量黑洞如此强劲的踢力？

领先的假设是两个超大质量黑洞合并后的引力反冲。当两个黑洞螺旋式靠近时，它们会辐射引力波；如果发出的波是非对称的，新形成的黑洞就会受到强力“踢动”。模拟长期以来表明，在合理的质量比和自旋排列下，数百至数千公里/秒的反冲速度是可能的。或者，在拥挤的星系核中发生的三体相互作用——例如在连续的星系合并后，三个黑洞相遇——也可能将其中一个甩向外侧。观测到的速度和宿主星系的质量与反冲模型一致，van Dokkum 的团队认为引力波反冲是 RBH-1 更可能的起源。

这两种机制都会留下相似的观测指纹：一个位移的大质量物体、其压缩气体产生的弓形激波，以及后方可能引发恒星形成的压缩冷却气体轨迹。RBH-1 展示了所有这三个特征，这也是为什么 JWST 的确认是一个如此重要的实证里程碑。

逃逸者与航迹：流浪黑洞现身的其它方式

RBH-1 并不是唯一一个暗示大质量黑洞可以游荡的物体。在另一项结果中，JWST 和 ALMA 对附近螺旋星系 NGC 3627 的观测揭示了一条笔直的、长达 2 万光年的冷分子气体和尘埃带，研究人员将其解释为紧凑“入侵者”留下的“星系航迹云”。赵孟珂（Mengke Zhao）及其合作者将这一特征模拟为一个质量约为 1000 万倍太阳质量的紧凑天体以超音速穿过星系盘留下的尾迹；压缩的气体冷却成分子形式并追踪着它的路径。该航迹比普通的螺旋臂结构更窄、更冷，且其磁场排列暗示了激波压缩而非普通的湍流。

另一个观测途径来自瞬态爆发。另一类发现——在远离星系中心处观测到的潮汐瓦解事件——揭示了大质量黑洞在瓦解一颗不幸的恒星时会亮起。对一个偏离中心的潮汐瓦解事件（编号为 AT 2024tvd）的射电监测显示了异常明亮且快速变化的射电闪焰，这表明远离星系核心的黑洞存在强大的外流。这些射电特征可以标记流浪黑洞的存在，即使它在其它情况下是不可见的。

为什么这对星系演化和引力波天文学至关重要

确认超大质量黑洞可以从星系中心被驱逐具有多重影响。在星系尺度上，失去中心黑洞会改变反馈机制——即黑洞对气体和恒星形成的能量影响——的运作方式。一个被弹射出的超大质量黑洞会带走极少数受束缚的气体和恒星，但会使星系核发生改变；在宇宙时间内重复的弹射可能会改变中心黑洞的统计分布和星系的生长历史。

对于引力波天体物理学，RBH-1 是产生低频引力波过程的直接、可观测后果。测量逃逸超大质量黑洞的频率和速度，可以约束黑洞合并的群落属性——质量比、自旋排列和环境——而这些正是决定引力反冲的参数。这一联系将电磁巡天（JWST、ALMA、射电阵列）与未来空间引力波探测器的观测结合在了一起。

争议依然存在的地方

并非所有异常的黑洞环境都明确指向相同的形成路径。一些系统，如 JWST 巡天报告的“Infinity Galaxy”，引发了关于观测到的紧凑、快速增长的黑洞是由于气体的快速直接坍缩而在原位形成的（即所谓的“重种子”），还是作为“不速之客”抵达的争论。数据可能非常复杂：电离气体、X 射线发射和运动学对齐都需要测量，以区分本地形成的黑洞和被踢入的黑洞。RBH-1 的弓形激波几何结构和测得的速度提供了迄今为止支持弹射最清晰的特征之一，但在其它案例中，研究人员对于数据支持哪种情景仍存在分歧。

接下来的计划

RBH-1 的确认将催化跨电磁波谱的后续工作。ALMA 可以更详细地绘制沿尾迹的冷分子气体；射电阵列可以寻找与吸积相关的喷流或外流；深空光学和近红外成像可以搜寻随黑洞移动的恒星超密度区。像薇拉·鲁宾天文台（Vera Rubin Observatory）的 LSST 这样的巡天项目将通过识别线性航迹、位移的活跃星系核或偏离中心的潮汐瓦解事件来帮助发现更多候选者。同时，改进的引力波群落模型将纳入电磁约束，以预测应该存在多少逃逸者以及去哪里寻找它们。

除了技术进步，RBH-1 还是一个及时的提醒：星系是动态的、有时甚至是剧烈的生态系统。单一事件——两个巨型黑洞非对称的消亡——可以将一个黑暗巨人抛向太空，并留下 JWST 在数十亿年后仍能读取的闪亮伤痕。寻找更多这类伤痕将告诉我们，宇宙多久驱逐一次它最重的居民，以及这对星系及其核心黑洞的成长意味着什么。

来源

• arXiv 预印本 (van Dokkum 等，确认 RBH-1 的 JWST NIRSpec 研究)
• 《天体物理学杂志快报》(Astrophysical Journal Letters) (2023 年 RBH-1 初次发现论文)
• PHANGS 合作组织及相关 arXiv 论文 (赵孟珂等，NGC 3627 中的航迹)
• 耶鲁大学 / Pieter van Dokkum 研究资料 (JWST 后续工作)
• 加州大学伯克利分校 (射电后续和 AT 2024tvd 潮汐瓦解研究)
• NASA / STScI (詹姆斯·韦伯空间望远镜仪器与观测计划)