深入虛空：探索巨橢圓星系的核心

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翻譯：楊幸允

校對：牧夫校對組

編排：陳宏宇

后臺：朱宸宇

https://aasnova.org/2026/05/11/into-the-void-investigating-the-heart-of-a-giant-elliptical-galaxy/

本篇文章的主角A402-BCG是一個巨橢圓星系，與圖中的NGC 1316相似。圖片來源：美國國家航天局（NASA）、歐洲空間局（ESA）、空間望遠鏡研究所（STScI）和大學(xué)天文研究聯(lián)合組織（AURA）的哈勃傳承團隊（The Hubble Heritage Team）和空間望遠鏡研究所的保羅·豪德弗羅伊（P. Goudfrooij）

艾貝爾402（Abell 402）星系團中最明亮的星系中心有一個奇特的空洞。最新觀測結(jié)果表明，一個極大質(zhì)量黑洞或許正是造成這一結(jié)構(gòu)的“挖掘者”。

星系團中心的中心

艾貝爾402是一個距離地球約40億光年的星系團，其中心有一個名為A402-BCG的巨橢圓星系。天文學(xué)家利用哈勃空間望遠鏡深入觀測這個星系的中心時，發(fā)現(xiàn)了一片黑暗區(qū)域；他們推測這可能是因為一團塵埃云遮擋了來自星系中心的星光。

韋布空間望遠鏡（JWST）和哈勃望遠鏡對A402-BCG的觀測。除了哈勃望遠鏡此前觀測到的黑暗空洞，這個星系中心還存在一個強紅外輻射源。圖片來源：麥克唐納等人（2026）。

在一篇最新研究論文中，由麻省理工學(xué)院的邁克爾·麥克唐納（Michael McDonald）帶領(lǐng)的研究團隊對這一黑暗區(qū)域進行了調(diào)查，來檢驗塵埃云假說并探索其他可能的解釋。

麥克唐納團隊整合了來自韋布望遠鏡的近紅外相機（Near-Infrared Camera）的新觀測數(shù)據(jù)、哈勃望遠鏡的存檔圖像，和來自甚大望遠鏡（VLT）上的多元光譜探測儀（MUSE）的光譜觀測數(shù)據(jù)。最新的韋布望遠鏡圖像顯示A402-BCG的中心存在一個顯著的黑暗區(qū)域，而這旁邊緊鄰著一個明亮的輻射源。

并非被遮擋，而是不存在

如果A402-BCG中心的黑暗區(qū)域是一片塵埃云，那么在韋布望遠鏡觀測到的近紅外波段中，它的遮擋效應(yīng)應(yīng)該比哈勃望遠鏡觀測到的光學(xué)波段的要弱。但是，在韋布望遠鏡的觀測圖像中，這片區(qū)域同樣黑暗，這讓研究團隊排除了塵埃云假說。

相反，研究團隊更傾向于這樣一種解釋：這一區(qū)域之所以顯得黑暗并不是因為存在遮擋光線的塵埃，而是因為那里缺少恒星。團隊估算，大約有相當(dāng)于 20 億個太陽質(zhì)量的恒星“消失”了——它們約占星系中恒星總質(zhì)量的 1%。更有意思的是，這個空洞位于一個范圍更大、面亮度恒定，被稱為“（星系）核心”（core）的區(qū)域內(nèi)；在這一區(qū)域中，恒星的數(shù)量本就低于預(yù)期。

A402-BCG中的空洞（下排）與艾貝爾1060中心星系的塵環(huán)（上排）的對比。中間一排的模擬觀測展示了艾貝爾1060的中心星系在A402-BCG的紅移距離下時的樣子。結(jié)果顯示，塵環(huán)的外觀會隨觀測波長不同而變化，但 A402-BCG的空洞的外觀卻與波長無關(guān)。圖片來源：改編自麥克唐納等人（2026）

A402-BCG的動力學(xué)演化歷史

麥克唐納和合作者們提出，A402-BCG的核心和空洞中缺失的恒星可能是被至少一個超大質(zhì)量黑洞雙星系統(tǒng)拋射出去的。他們估計，這個直徑約6500光年的核心區(qū)域是被一個質(zhì)量約為500億倍太陽質(zhì)量的黑洞“挖空”的。這一巨大的黑洞可能源自一次過去的星系并合事件，并很可能位于空洞邊緣的強紅外區(qū)域，因為這個天體的光譜能量分布和一個正在活躍吸積物質(zhì)的黑洞非常相似。

多元光譜探測儀在A402-BCG中觀測到的高度電離氣體。右側(cè)藍移的輻射源與強紅外源位置重合，而左側(cè)紅移的輻射源似乎嵌在一個更大的電離包層中。圖片來源：改編自麥克唐納等人（2026）。

多元光譜探測儀的光譜觀測為第二個黑洞提供了證據(jù)。這些數(shù)據(jù)揭示了兩個電離氣體區(qū)域——一個與強紅外源重合，另一個在空洞的另一側(cè)——而且還有兩組不同的發(fā)射線，這與一個總質(zhì)量為600±200億倍太陽質(zhì)量的黑洞雙星系統(tǒng)一致。（研究團隊指出，關(guān)于第二個輻射源還有其他解釋，例如致密的星暴區(qū)域，可能性較低，但不能完全排除。）

研究團隊更傾向于這樣一種情景：這些黑洞正慢慢地螺旋靠近彼此，在移動過程中不斷將恒星從星系中心拋射出去，并在核心區(qū)域雕刻出一個嚴重缺少恒星的空洞。這個恒星的空洞位于一個更大范圍的恒星稀疏區(qū)域之內(nèi)；這個區(qū)域是被過去的一次讓現(xiàn)在星系中心的極大質(zhì)量黑洞所誕生的超大質(zhì)量黑洞并合事件掏空的。模擬結(jié)果表明，在任何給定時刻，只有約0.5%的大質(zhì)量星系處于這一演化階段，所以我們或許正好觀測到了A402-BCG的一個非常引人注目的瞬間——這為在其他星系中尋找正在發(fā)生的黑洞并合提供了新的線索。

論文原文：doi:10.3847/2041-8213/ae5bbe

責(zé)任編輯：郭皓存

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黑暗中的一束光

地球邊緣的一小片區(qū)域在浩瀚的宇宙黑暗背景中顯得格外明亮。

圖片來源：美國國家航空航天局