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近日，安徽師范大學物理與電子信息學院舒新文教授研究小組在一個河外星系中發(fā)現(xiàn)了一對互相繞轉(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)表于國際頂級期刊《自然·通訊》（Nature Communications），主要合作者包括中科院國家天文臺、中國科學技術(shù)大學、廣州大學、上海天文臺、中山大學以及北京大學的科研人員。

當今主流的星系等級成團理論預言宇宙中應存在大量的超大質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)。然而，即便是經(jīng)過了30多年的研究，天文學家僅在少數(shù)幾個活動的星系中找到了超大質(zhì)量雙黑洞。由安徽師范大學舒新文教授領(lǐng)導的國內(nèi)研究團隊，以黑洞引力潮汐瓦解恒星事件為突破口，監(jiān)測事件發(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。該成果對于刻畫正常星系中休眠雙黑洞的分布、揭露星系增長和宇宙大尺度結(jié)構(gòu)形成機制、檢驗現(xiàn)有的引力理論、以及為下一代引力波探測器提供有效波源等研究領(lǐng)域都具有重要意義。

黑洞是廣義相對論預言的奇妙天體，具有獨特的時空結(jié)構(gòu)，存在視界面，即進入視界面的所有物質(zhì)包括光線都無法逃脫并最終落入奇點。英國牛津大學彭羅斯教授因為黑洞奇點的理論研究成就獲得2020年度諾貝爾物理學獎。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質(zhì)量之間，稱作恒星級黑洞；另一類質(zhì)量為太陽的百萬倍以上，稱為超大質(zhì)量黑洞，一般位于星系的核心。2015年人類首次探測到恒星級黑洞并合觸發(fā)的引力波事件（2017年諾貝爾物理學獎），開啟了引力波與電磁輻射相結(jié)合的多信使天體物理學研究時代。根據(jù)現(xiàn)有等級成團星系演化理論，宇宙中應存在大量的超大質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)。然而，即便是經(jīng)過了30多年的研究，天文學家僅在少數(shù)幾個活動的星系中找到了超大質(zhì)量雙黑洞。如何尋找和探測超大質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)是當今物理學和天文學最重要的前沿問題之一。

當一個恒星運動到太靠近黑洞的位置時會被其強大潮汐引力撕裂瓦解，進而被黑洞吞噬，同時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。通過探測星系中心的X-射線或紫外/光學閃耀信號，可以窺視黑洞如何影響周圍物質(zhì)的行為。理論計算表明當互相繞轉(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，另外一個黑洞的引力會間歇性阻斷被瓦解的恒星碎片內(nèi)流，導致X-射線閃耀急劇變暗進而恢復亮度的奇特光變圖案。研究團隊通過分析美國宇航局Swift衛(wèi)星和歐洲空間局XMM-Newton衛(wèi)星觀測資料，在一個距離地球約26億光年之遙的星系中成功發(fā)現(xiàn)了理論預言的急劇變暗和可重復的X射線閃耀現(xiàn)象，給出雙黑洞吞噬恒星的強烈觀測證據(jù)。這是繼論文的合作者、北京大學劉富坤團隊發(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、檢驗現(xiàn)有的引力理論、以及為下一代引力波探測器提供有效波源具有重要意義。

據(jù)悉，這是安徽師范大學物理學科首次以第一作者單位在《自然》子刊系列發(fā)表研究論文，安徽師范大學博士研究生張文杰負責了NASA/Swift衛(wèi)星和ESA／XMM-Newton衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)處理和分析，安徽師范大學2018級物理學專業(yè)本科生宋左子菲參與了論文配圖的設計。研究工作得到了國家自然科學基金項目的支持。