这幅艺术概念图描绘了一个超大质量黑洞正在将一颗质量至少为太阳30倍的巨大恒星撕成碎片的过程。科学家认为，这就是发生在遥远黑洞J2245+3743周围的真实情景——该黑洞在2018年急剧增亮，形成了有记录以来最明亮的黑洞耀斑，其光芒相当于一万亿个太阳的亮度。这很可能是人类观测到的最剧烈的恒星撕裂事件（正式名称为潮汐瓦解事件），也是少数发生在活动星系核（即通过周围盘状结构“吞噬”物质的活跃超大质量黑洞）内部的事件之一。这一惊人耀斑由位于加州理工学院帕洛玛天文台的兹威基瞬变设施和加州理工学院主导的卡特琳娜实时瞬变巡天项目共同发现。
宇宙中最大质量的恒星通常以超新星爆发的壮丽方式结束生命，最终坍缩成黑洞。但有一颗巨型恒星似乎遭遇了截然不同的命运：它没有爆炸，而是因过于接近一个巨大黑洞，被其引力撕裂并逐渐吞噬。
《自然·天文学》最新研究描述的正是这一现象，该研究记录了迄今观测到的最强大、最遥远的超大质量黑洞能量耀斑。该天体最初由美国国家科学基金会资助、加州理工学院帕洛玛天文台运行的兹威基瞬变设施于2018年探测到，另一项美国国家科学基金会资助的卡特琳娜实时瞬变巡天项目也对其进行了追踪。该耀斑在数月内亮度暴增40倍，峰值亮度达到以往观测到的任何黑洞耀斑的30倍，最强时闪耀着十万亿倍太阳的光芒。
窥探早期宇宙
引发该事件的J2245+3743是一个活动星系核，这类黑洞会持续吞噬周围物质。其质量约为太阳的5亿倍，距离地球约100亿光年。由于光线穿越如此遥远距离需要时间，天文学家观测到的实际上是宇宙年轻时期发生的景象。
研究主要作者、加州理工学院天文学研究教授、兹威基瞬变设施项目科学家马修·格雷厄姆表示：“能量特征显示这个天体极其遥远且异常明亮，与我们见过的任何活动星系核都不同。”
尽管耀斑正逐渐衰减，天文学家仍在持续观测。在这种宇宙尺度下，时间流逝速度会发生变化——即宇宙学时间膨胀效应。格雷厄姆解释：“当光线穿越膨胀的空间抵达地球时，其波长会拉伸，时间本身也会延展。我们这里的七年相当于那里的两年，相当于以四分之一速观看事件回放。”
被撕裂的恒星
为探究这次异常爆发的成因，研究人员测试了多种可能性，最终确定最可能的原因是潮汐瓦解事件——当恒星过于接近超大质量黑洞时，会被其巨大引力撕裂，物质逐渐被吸入吞噬。由于J2245+3743的耀斑仍然可见，天文学家认为黑洞正处于“进食中途”，格雷厄姆形容“就像卡在鲸鱼喉咙里的鱼”。
若该解释成立，这颗毁灭的恒星质量至少是太阳的30倍。此前最大潮汐瓦解事件记录保持者（编号Scary Barbie）的强度比这次弱约30倍，涉及的恒星质量仅为太阳的3至10倍。
活跃吸积盘中的罕见事件
目前已知的约100例潮汐瓦解事件中，多数并非发生在活动星系核系统内。这些系统原本就存在密集的旋涡状吸积盘向中央黑洞输送物质，其明亮环境通常会掩盖其他事件。但J2245+3743的极端亮度使其脱颖而出。
天文学家最初并未发现异常。2018年首次识别该天体时，通过帕洛玛天文台200英寸海尔望远镜获取的光谱未显示特殊特征。但到2023年，耀斑衰减速度远慢于预期。后续通过夏威夷W.M.凯克天文台获取的光谱揭示了该活动星系核的极端光度。
确认史上最亮耀斑
论文合著者、纽约市立大学研究生中心、曼哈顿社区学院及美国自然历史博物馆的K·E·萨维克·福特指出：“首要任务是确认这个极端天体确实如此明亮。”她解释曾考虑过耀光束直射地球的可能性，但美国国家航空航天局广域红外巡天探测器的观测数据排除了这种可能。在排除其他假设后，团队认定J2245+3743代表着迄今观测到的最亮黑洞耀斑。
福特强调：“若根据阿尔伯特·爱因斯坦著名公式E=mc²将整个太阳转化为能量，这恰好相当于我们开始观测以来该耀斑持续释放的能量总量。”
超新星无法比拟的恒星毁灭
在确认耀斑打破能量记录后，研究人员追溯其起源。福特表示：“超新星的亮度远不足以解释这种现象。”最合理的解释是超大质量黑洞正在缓慢撕裂一颗巨恒星。
“如此质量的恒星相当罕见，”福特补充道，“但我们认为活动星系核吸积盘内的恒星能生长得更大。盘状物质会坠向恒星，促使其质量增加。”
搜寻更多宇宙巨兽
发现黑洞吞噬如此巨大恒星的现象表明，宇宙中可能正在发生类似事件。研究团队计划深入分析兹威基瞬变设施的观测数据以寻找更多案例，未来美国国家科学基金会与能源部合作的薇拉·鲁宾天文台也有望发现更多大型潮汐瓦解事件。
格雷厄姆总结道：“若非兹威基瞬变设施，我们根本不可能发现如此稀有的事件。通过该项目持续七年的巡天观测，我们能追溯任何闪耀或变化天体的历史轨迹，并预测其演化路径。”
这项题为《超大质量黑洞产生的极端明亮耀斑记录》的研究获得了美国国家科学基金会、西蒙斯基金会、美国国家航空航天局及德国研究基金会的支持。除前述学者外，合作者还包括加州理工学院的安德鲁·德雷克、丁元泽、曼西·卡斯利瓦尔、萨姆·罗斯、让·索马尔瓦尔、乔治·乔尔戈夫斯基、什里·库尔卡尼与阿什什·马哈巴尔；加州理工学院IPAC天文中心的特雷西·陈与史蒂文·格鲁姆；美国国家航空航天局喷气推进实验室的丹尼尔·斯特恩；以及来自纽约市立大学系统、弗拉铁恩研究所、普林斯顿大学、尤里卡科学研究所、加州大学伯克利分校、南安普顿大学、鲁尔大学与华盛顿大学的科研人员。
加州理工学院的兹威基瞬变设施由美国国家科学基金会及国际合作伙伴资助，并获海辛-西蒙斯基金会与加州理工学院额外支持。数据由加州理工学院IPAC处理存档，美国国家航空航天局通过近地天体观测项目资助该设施搜索近地天体的工作。
