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）和大學天文研究聯合組織（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。最新觀測結果表明，一個極大質量黑洞或許正是造成這一結構的“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。天文學家利用哈勃空間望遠鏡深入觀測這個星系的中心時，發現了一片黑暗區域；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，由麻省理工學院的邁克爾·麥克唐納（Michael McDonald）帶領的研究團隊對這一黑暗區域進行了調查，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）的新觀測數據、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）的光譜觀測數據。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，它的遮擋效應應該比哈勃望遠鏡觀測到的光學波段的要弱。但是，在韋布望遠鏡的觀測圖像中，這片區域同樣黑暗，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，大約有相當于 20 億個太陽質量的恒星“消失”了——它們約占星系中恒星總質量的 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）的區域內；在這一區域中，恒星的數量本就低于預期。

A402-BCG中的空洞（下排）與艾貝爾1060中心星系的塵環（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。結果顯示，塵環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。圖片來源：改編自麥克唐納等人（2026）

A402-BCG的動力學演化歷史

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量黑洞雙星系統拋射出去的。他們估計，這個直徑約6500光年的核心區域是被一個質量約為500億倍太陽質量的黑洞“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。右側藍移的輻射源與強紅外源位置重合，而左側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。這些數據揭示了兩個電離氣體區域——一個與強紅外源重合，另一個在空洞的另一側——而且還有兩組不同的發射線，這與一個總質量為600±200億倍太陽質量的黑洞雙星系統一致。（研究團隊指出，關于第二個輻射源還有其他解釋，例如致密的星暴區域，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域之內；這個區域是被過去的一次讓現在星系中心的極大質量黑洞所誕生的超大質量黑洞并合事件掏空的。模擬結果表明，在任何給定時刻，只有約0.5%的大質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生的黑洞并合提供了新的線索。

論文原文：doi:10.3847/2041-8213/ae5bbe

責任編輯：郭皓存

牧夫新媒體編輯部

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黑暗中的一束光

地球邊緣的一小片區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