“天關(guān)”衛(wèi)星建奇功，精準(zhǔn)捕捉罕見黑洞“進(jìn)食”過程

寂靜的太空中突然出現(xiàn)一道X射線“閃電”，正在凝望深空的中國“天關(guān)”衛(wèi)星敏銳地捕捉到這個(gè)異常明亮且急劇變化的信號(hào)。隨后，全球數(shù)十個(gè)空間望遠(yuǎn)鏡和地面天文臺(tái)迅速跟進(jìn)，展開一場(chǎng)大追蹤。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這一X射線信號(hào)極為特殊，很可能揭示了一個(gè)我們過去從未見過宇宙終極“獵殺”場(chǎng)面。

中等質(zhì)量黑洞潮汐瓦解白矮星想象畫（圖源：國家天文臺(tái)天關(guān)衛(wèi)星科學(xué)中心 , 可視科學(xué)）

01

精度領(lǐng)先200倍 “天關(guān)”衛(wèi)星鎖定位置

“天關(guān)”衛(wèi)星（ 又 名愛因斯坦探針，EP）是由 中國主導(dǎo)的國際合作項(xiàng)目， 是 運(yùn)行在 距離地面約 580 公里軌道上 的 空間 X射線 天文臺(tái) ， 主要目標(biāo)是 捕捉天空中的瞬間爆發(fā)的X射線 源 ，發(fā)現(xiàn) 并監(jiān)測(cè) 這些 高能 瞬 變天體 。

世界時(shí)（下同） 2025年7月2日 02:53: 4 4 ， 一個(gè)明亮的X射線閃光 突然 出現(xiàn)在“天關(guān)”衛(wèi)星的視野中 ，它 被賦予了一個(gè)特定的編號(hào)EP250702a。 13:09:02 ，美國航天局“費(fèi)米” 衛(wèi)星 （Fermi）也 觀測(cè)到 一系列伽馬射線 爆發(fā) ，記錄為 伽馬暴 GRB250702B 、 D 、E。 不過 中國的天文學(xué)家很快發(fā)現(xiàn)， 事實(shí)上在 前一天，7月1日 01:40:26 起，“天關(guān)”衛(wèi)星便已在相同位置探測(cè)到了X射線信號(hào)！ 如果拿射擊 來比喻 ，7月2日觀測(cè)到 的是 出膛的子彈及其火焰，而7月1日 “天關(guān)”看到的 或許才是真正扣動(dòng)扳機(jī)的動(dòng)作。 伽馬射線比X 射線波長(zhǎng)更短，能量更高，但X射線比伽馬射線“搶跑”一天半， 這說明它不是普通的伽馬暴，而是特殊的 高能 爆發(fā)。

“天關(guān)”衛(wèi)星核心科學(xué)載荷寬視場(chǎng)X射線望遠(yuǎn)鏡（萬星瞳）和后隨X射線望遠(yuǎn)鏡（風(fēng)行天）（圖源： 國家天文臺(tái)天關(guān)衛(wèi)星科學(xué)中心 ）

美國人 動(dòng)作很快，率先發(fā)布了“費(fèi)米” 的 觀測(cè) 數(shù)據(jù) 。然而它的定位精度不高，誤差范圍 在 7.8 ° -14.3 °之間 。“天關(guān)” 則兼具看得廣和看得準(zhǔn)這兩大特點(diǎn)。 寬視場(chǎng)X射線望遠(yuǎn)鏡WXT ， 昵稱 為 “萬星瞳” ， 是一個(gè)由12個(gè)單元組成的龍蝦眼望遠(yuǎn)鏡，拼在一起可覆蓋近3600平方度的天空范圍， 定位精度高達(dá)2.4′， 是“費(fèi)米”的200倍。 不僅如此，“天關(guān)”還自帶后隨望遠(yuǎn)鏡FXT，昵稱為“風(fēng)行天”，視場(chǎng)直徑為1°，對(duì)目標(biāo)的定位精度 更是 達(dá)到 5″~ 8 ″，比 WXT 還高出約20倍。打個(gè)比方，如果說“費(fèi)米”望遠(yuǎn)鏡能定位到 一個(gè)小區(qū) ，那么“萬星瞳”能定位到一棟樓，而“風(fēng)行天”就能定位到一個(gè)陽臺(tái)。 2025年7月3日，“風(fēng)行天”對(duì)EP250702a進(jìn)行了后隨觀測(cè)，給出 了 該源的 精確坐標(biāo)。這 一步 很 關(guān)鍵 ，有了 確切位置 ，其他觀測(cè)設(shè)備 可以快速 對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)做進(jìn)一步的后隨觀測(cè)，不至于在偌 大 的天空中盲目搜索。

EP250702a的成像圖。（a）為“天關(guān)”衛(wèi)星 “萬星瞳”望遠(yuǎn)鏡拍攝，紅色圓圈表示EP250702a的定位，藍(lán)色 輪廓為“費(fèi)米”觀測(cè)的伽馬暴GRB250702B位置 的不確定度 （1σ）； （b）為“天關(guān)”衛(wèi)星“風(fēng)行天”望遠(yuǎn)鏡拍攝 ； （c）為“錢德拉”望遠(yuǎn)鏡拍攝 ； （d）為“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡拍攝可見光照片 ， 紅色、橙色和藍(lán)色 輪廓 分別表示EP250702a的X射線、近紅外和射電對(duì)應(yīng)體的位置 ， 近紅外位置及其不確定度由甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）獲得 ， 射電位置及其不確定度由 狐獴射電望遠(yuǎn)鏡（ MeerKAT ） 觀測(cè)獲得 。（圖源： 國家天文臺(tái) 天關(guān)衛(wèi)星科學(xué)中心 ）

02

多波段協(xié)同觀測(cè)還原極端事件

X射線的本質(zhì)是帶電粒子（主要是電子）獲得極高能量后，通過減速、加速、躍遷或碰撞等方式，輻射出波長(zhǎng)在 0.01–10 納米的電磁波。宇宙中有很多天體或物理過程能產(chǎn)生 X 射線，如恒星耀斑、恒星坍縮與超新星爆發(fā)、超新星遺跡、脈沖星、超大質(zhì)量黑洞、潮汐瓦解事件等。 然而 天體的電磁輻射往往跨越多個(gè)波段 ，僅靠一兩臺(tái) 設(shè)備觀測(cè) 就會(huì)像盲人摸象一樣，難以描繪天體的真實(shí)模樣。

EP250702a 事件發(fā)生后， 全球 多個(gè) 天文臺(tái)包括空間 的 和地面 的 望遠(yuǎn)鏡 在各個(gè) 電磁波段 對(duì) 它 進(jìn)行 了 觀測(cè) 。如X射線波段有搭載在國際空間站上的 全天X射線圖像監(jiān)視器 （MAXI）、俄羅斯的 Konus -WIND 探測(cè)器、中法合作 的 SVOM衛(wèi)星、美國 航天局 的錢德拉空間望遠(yuǎn)鏡（Chandra） 、 NuSTAR 衛(wèi)星 ；可見光波段 有 “哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡（HST） 、法墨“蜂鳥”望遠(yuǎn)鏡（ COLIBRí ） 、中國墨子巡天望遠(yuǎn)鏡（ WFST ） 等；近紅外的歐洲南方天文臺(tái)位于智利的甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）、詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）；射電波段的 有 甚大陣（VLA）、“中國天眼”FAST、 澳大利亞平方千米陣探路者 （ ASKAP ） 、位于南非的 狐獴射電望遠(yuǎn)鏡（ MeerKAT ） …… 當(dāng) 研究人員將 各路人馬獲得的信息拼湊在一起 后 ， 驚奇地 發(fā)現(xiàn) EP250702a 果然 非同一般。

首先，“天關(guān)”衛(wèi)星 上“萬星瞳”望遠(yuǎn)鏡 比伽馬暴提前一天 探測(cè)到X射線爆發(fā) ，并且 在初始信號(hào)約15小時(shí)后 有 一系列劇烈的X射線耀變，最亮?xí)r達(dá)到約3×10 49 erg/s， 這 是 宇宙中已知最亮的瞬間爆發(fā)事件 之一 。 其次， “風(fēng)行天”望遠(yuǎn)鏡 記錄下 長(zhǎng) 達(dá) 一個(gè)多月 的完整 的能量 變化過程 ，發(fā)現(xiàn) 其X射線 亮度 達(dá)到峰值后， 在 不到20天內(nèi) 驟降超過十萬倍 ，這暗示了物質(zhì)轉(zhuǎn)化成能量的主要過程短暫而猛烈。這就好比往火盆里倒了一小杯酒精，瞬間燃起熊熊大火，但 隨著 酒精 快速燃盡 ，火光也驟然減弱。

EP205702a的長(zhǎng)期X射線光變曲線和能譜演化。 （a）圖中 將EP250702a （黑色點(diǎn)線） 與其他X射線暫現(xiàn)源進(jìn)行比較 ， 其中 包括有噴流的潮汐瓦解事件（ Sw J1644+57、Swift J1112.2 - 8238、AT2022cmc）、超長(zhǎng)伽馬射線暴（GRB 211024B） ， 能看出光變曲線顯著差異 。EP250702a的觸發(fā)時(shí)間設(shè)定 為“天關(guān)”衛(wèi)星 WXT 首次 觀測(cè)的起始時(shí)間 （7月1日 01:40:26UTC ）， 垂直黑色虛線表示 觸發(fā) “ 費(fèi)米 ”衛(wèi)星的 耀發(fā)時(shí)間 （7月2日 13:09:02 UTC起） ， 這一刻亮度達(dá)到峰值，隨后十多天內(nèi)亮度迅速下降了5個(gè)數(shù)量級(jí)。 垂直灰色虛線表示未觸發(fā)的耀發(fā)的時(shí)間。 （b）圖顯示 EP250702a的X射線能譜隨時(shí)間演化的趨勢(shì) ，光子指數(shù) 從1 快速 增加 到3以上 ，表示能譜由“硬” 變“軟”， 即低能成分顯著增加 。 （圖源： 國家天文臺(tái)天關(guān)衛(wèi)星科學(xué)中心 ）

研究人員還發(fā)現(xiàn)，隨著 后期X射線輻射平均能量降低，軟X射線 （能量偏低的） 成分 逐漸增加 。 這些特征均有別于任何已知的伽馬暴，或銀河系內(nèi)的X射線爆發(fā)。 來自 “費(fèi)米”“錢德拉”等望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)表明EP250702a的能量高度集中在幾十萬公里的范圍內(nèi)，而質(zhì)量達(dá)到太陽的幾萬倍。JWST和VLT的觀測(cè)則提供了更多的視角，證明該X射線源在一個(gè)距離地球約80億光年的星系中，且并不位于星系中央。 種種跡象表明目標(biāo)源是一個(gè)中等質(zhì)量黑洞。

美國航天局詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡拍攝的 EP205702a /GRB250702B 的 宿主星系（圖源： NASA, ESA, CSA, H. Sears , A. Pagan ）

針對(duì) EP250702a 所呈現(xiàn)出的X射線高亮度、快速衰減、光譜硬-軟轉(zhuǎn)變、尺度較小、數(shù)萬倍太陽質(zhì)量，以及偏離宿主星系中心區(qū)域等特征，研究人員發(fā)現(xiàn)非常符合一種十分罕見的 潮汐瓦解事件（TDE） ——一個(gè)中等質(zhì)量黑洞撕裂了一顆白矮星。

白矮星被中等質(zhì)量黑洞撕裂并產(chǎn)生噴流 （藝術(shù)想象）（圖源： 國家天文臺(tái)天關(guān)衛(wèi)星科學(xué)中心 , 可視科學(xué) ）

03

一頭巨獸強(qiáng)力撕裂一顆致密小球

為什么會(huì)是中等質(zhì)量黑洞+白矮星的組合呢？

黑洞引力場(chǎng)存在巨大的梯度差異， 當(dāng) 恒星 接近黑洞時(shí)，面向 黑洞 的 一側(cè)受到的引力遠(yuǎn)大于背側(cè) ，這就是引潮力或 引力的潮汐作用 。 離 黑洞越近，前后所受引力差異越大， 導(dǎo)致恒星被極度拉 伸 ，最終 瓦解，殘骸被黑洞吸積 。 這一過程會(huì)產(chǎn)生百萬度以上的高溫 和 巨大的能量，形成吸積盤、噴流等結(jié)構(gòu) ，釋放出X射線等高能輻射 。 正因?yàn)榇耍?潮汐瓦解事件也是尋找黑洞的重要 途徑之一。 比較常見的 潮汐瓦解事件 是黑洞撕裂一顆 體型較大的 紅巨星或主序星，但它產(chǎn)生的X射線持續(xù)時(shí)間比較久，衰減速度也比較慢。

EP250702a 事件中表現(xiàn)出的“亮度極高”和“衰減極快”的特征，暗示著被黑洞引力撕碎的天體比普通恒星體積小而密度大。 白矮星是 類似太陽大小的 恒星死亡后留下的 殘骸，質(zhì)量不超過太陽的1.4倍，體積卻只有地球大小，因此 其平均密度可達(dá)太陽的百萬倍。 從白矮星的個(gè)頭來講，符合“天關(guān)”衛(wèi)星看到的X射線突然爆發(fā)卻又在短時(shí)間內(nèi)驟降5個(gè)數(shù)量級(jí) 的情況 。然而，白矮星身板如此“結(jié)實(shí)”，誰又有這個(gè)力量 在不“囫圇吞棗”的情況下 ，還能將其撕碎？理 論研究表明，只 能是 質(zhì)量 相對(duì)較小（百倍到十萬倍太陽質(zhì)量）的 中等質(zhì)量黑洞 。因?yàn)橘|(zhì)量太小的黑洞無法撕碎白矮星，而 質(zhì)量更大的 黑洞 半徑也越大，白矮星在被撕碎前就被黑洞 “一口吞” 了。 中等質(zhì)量黑洞潮汐瓦解白矮星的 過程 中 預(yù)期 能 釋放出短暫而劇烈的能量 ，并伴隨 明亮且快速的噴流， 這一切 與 各個(gè)波段提供的亮度、尺度、能量以及 快速演化 的證據(jù)完美契合。

太陽、地球與白矮星的對(duì)比 （圖源： 施韡 ）

04

“天關(guān)”衛(wèi)星打開觀測(cè)極端宇宙的新窗口

黑洞根據(jù)質(zhì)量可以大致分為三類：恒星級(jí)黑洞 （幾倍至幾十倍太陽質(zhì)量） ；中等質(zhì)量黑洞 （百倍至幾十萬倍太陽質(zhì)量） ；超大質(zhì)量黑洞 （幾百萬倍至幾十億倍太陽質(zhì)量） 。恒星級(jí)黑洞由大質(zhì)量恒星死亡坍縮后形成，在 星 系中有著 廣泛 分布。超大質(zhì)量黑洞通常位于星系中心，是整個(gè)星系的引力主宰。而中等質(zhì)量黑洞 既沒有強(qiáng)烈的引力波信號(hào) （當(dāng)前探測(cè)能力有限） ，也沒有持續(xù)的強(qiáng)輻射 ，長(zhǎng)期處于“失蹤”狀態(tài)，迄今 所知寥寥 。然而，它們卻很有可能 是 我們 理解黑洞演化的關(guān)鍵 環(huán)節(jié) 。

當(dāng) 中等質(zhì)量黑洞 撕裂 身邊的 恒星時(shí) ， 情況就大不相同了，由于 演化速度 明顯快于 超大質(zhì)量 黑洞的潮汐瓦解 事件 ，因而 會(huì) 產(chǎn)生短暫 的 高能 X 射線耀發(fā) ， 這 可 被視作 中等質(zhì)量黑洞 的“特征信號(hào)”。 再結(jié)合其他波段的特征，或?qū)⒊蔀閷ふ抑械荣|(zhì)量黑洞重要路徑。 “天關(guān)”衛(wèi)星 既 擁有大視場(chǎng)和高靈敏度，還 具備 快速后隨和精準(zhǔn)定位的能力， 它不僅自己能捕捉轉(zhuǎn)瞬即逝的特征信號(hào)，又能以最快速度測(cè)定信號(hào)源的位置 并發(fā)出警報(bào) ，方便全世界天文臺(tái)開展進(jìn)一步的觀測(cè)研究，迅速補(bǔ)齊神秘X射線源的拼圖。 這正是 我們?cè)贓P250702a事件 中所看到的， “天關(guān)” 衛(wèi)星 做出了決定性的貢獻(xiàn) 。

《科學(xué)通報(bào)》封面圖（ 來源 ： 國家天文臺(tái)天關(guān)衛(wèi)星科學(xué)中心 , Science Bulletin）

由于這個(gè)信號(hào)很少見， 國際學(xué)界 對(duì)此有著多種猜測(cè) 。有 的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為， 它可能源于恒星 級(jí) 黑洞與一顆氦星的并合；也有 認(rèn)為不能排除 恒星級(jí)黑洞撕裂普通恒星的可能性 ；最極端的考慮是一顆大質(zhì)量恒星吞掉了一個(gè)小質(zhì)量的黑洞。“天關(guān)”衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)所提出的中等質(zhì)量黑洞+白矮星模型能最自然地解釋其快速演化和極端能量輸出。 對(duì)一種宇宙現(xiàn)象提出不同理論模型，這恰恰體現(xiàn)出該事件的巨大科學(xué)價(jià)值。

“天關(guān)”衛(wèi)星 發(fā)射 2年來，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近200個(gè)X射線暫現(xiàn)源，檢測(cè)到7000例天體X射線變化。未來， 它將為我們帶來X射線宇宙的全新視角，刷新人類對(duì)動(dòng)態(tài)宇宙的認(rèn)知。

參考資料：

[1] Dongyue Li et al. A fast powerful X-ray transient from possible tidal disruption of a white dwarf, Science Bulletin (2026).

[2] “天關(guān)”衛(wèi)星或首次捕捉中等質(zhì)量黑洞撕裂白矮星事件(https://www.nao.cas.cn/news/gd/202602/t20260210_8142418.html)

[3] GCN : EP250702a : an X-ray transient detected by Einstein Probe likely associated with GRB 250702B,C,D,E

[4] GCN 17: EP250702a/GRB 250702B, C, D, E: EP-FXT follow-up observation

[5] ATel : Fermi GBM Triggers 250702B, C, D and E are likely from the same source

[6] GCN : GRB 250702B,C,D,E / EP 250702a: MAXI/GSC detection

[7] GCN #40903: GRB 250702D, C, E: Swift/BAT-GUANO localization skymap of a burst or galactic transient

[8] GCN : GRBs 250702B,C,D,E / EP250702a: Konus-Wind detection of a hard X-ray transient activity

[9] ATel : EP250702a/GRB 250702B,C,D,E: Archival radio observations from ASKAP VAST

[10] GCN : GRBs 250702B,C,D,E / EP250702a: VLT/HAWK-I NIR candidate

[11] ATel : EP250702a/ GRB 250702B: NuSTAR X-ray Observations

[12] GCN : EP250702a: WFST optical observations

[13] GCN 1053: GRB 250702B,D,E / EP250702a: 10 GHz detection with the VLA

[14] Benjamin P. Gompertz et al. JWST Spectroscopy of GRB250702B: An Extremely Rare and Exceptionally Energetic Burst in a Dusty, Massive Galaxy at z = 1.036, Astrophysical Journal Letters (2026)

[15] Black Hole Eats Star: NASA Missions Discover Record-Setting Blast (https://science.nasa.gov/science-research/black-hole-eats-star/ )

作者：施韡（上海科技館天文研究中心）

科學(xué)審核：袁為民（國家天文臺(tái)研究員、“天關(guān)”衛(wèi)星首席科學(xué)家）、包聰穎（“天關(guān)”衛(wèi)星科學(xué)運(yùn)行辦主任）

編輯：曉天

審校：李巖松、李淵淵

圖源：已在文中標(biāo)注