一场前所未有的高能量宇宙事件,正逐步更新科学家对极端天文物理过程的理解。2025年7月2日,由中国主导的天关卫星(又称爱因斯坦探针,Einstein Probe)在一次例行巡天观测中,探测到一个亮度急剧变化并异常明亮的X射线源。其讯号特征与过往已知天体来源明显不同,随即引起了国际天文学界的关注,并触发全球多个望远镜展开后续观测。
该研究由中国科学院国家天文台天关卫星科学中心牵头,联同多家国内及海外的研究机构共同参与。作为天关卫星科学团队的成员之一,香港大学(港大)物理学系的天文物理学家亦参与解读这次事件。研究团队综合分析后认为,该事件很可能涉及一颗中等质量黑洞撕裂并吞噬一颗白矮星的过程,或为人类首次捕捉到如此极端的黑洞「进食」现象。相关研究成果已以封面文章形式发表在《科学通报(Science Bulletin)》。
打破常规的宇宙天体事件
这项发现有赖天关卫星所配备的两台独特而互补的X射线仪器。2025年7月2日,在一次例行巡天观测期间,采用先进「龙虾眼」微孔光学技术、兼具备大视野与高灵敏度的宽视场X射线望远镜(Wide-field X-ray Telescope,WXT),探测到一个亮度出现剧烈变化的暂现X射线源,其后被命名为EP250702a(又名为GRB250702B)。几乎在同一时间,美国太空总署的费米伽马射线空间望远镜也在同一天区记录到一系列伽玛射线暴。
科学家在重新检视WXT更早的观测资料后,才进一步确认这事件的科学重要性。早在相关伽玛射线暴出现约一天前,WXT已在同一精确位置侦测到持续的X射线辐射;这种时序在高能量宇宙爆发事件中相当罕见。约在最初讯号出现后15小时,该X射线源随即爆发出一系列强烈的X射线耀斑,其峰值光度达到约3×10⁴⁹ erg s⁻¹,使其成为历来观测到最明亮的瞬时爆发事件。
「这个提前出现的X射线讯号至关重要。」论文第一作者、中国科学院国家天文台的李东悦博士指出:「它告诉我们,这不是一个普通的伽马射线暴。」
凭借WXT提供的精确座标,全球多台大型望远镜迅速跟进,并在多个波段成功锁定该天体的位置,确认其位于一个遥远星系的边缘区域。其后,天关卫星另一台仪器——后随X射线望远镜(Follow-up X-ray Telescope,FXT)接手观测,持续追踪了该源的剧烈演化过程。约20天内,其亮度骤降超过十万倍,同时其X射线辐射状态从高能量(硬)转向了低能量(软)。
透过综合分析EP的观测数据,以及跨电磁波谱的后续观测结果,科学家发现EP250702a展现出一系列现有理论模型无法完全解释的异常特征:其X射线辐射早于伽马射线暴出现、亮度极高、演化时标极快,并且发生在宿主星系的边缘而非中心——这种模式在已知的高能量宇宙事件中非常罕见。经评估多种可能的理论场景后,研究团队认为,其中一种解释最为吻合观测结果:一颗中等质量黑洞正在撕裂一颗白矮星。
港大天文物理学家提供关键模型支持
港大团队在数据解释和理论建模方面发挥了关键作用,为理解现象背后的物理机制提供重要支持。港大物理学系及天文学及天文物理研究所(HKIAA)戴丽心教授的研究团队,为最终聚焦于该模型提供了关键的理论判断。作为共同通讯作者之一,她解释说:「白矮星——中等质量黑洞的理论模型,能最自然地解释事件所呈现的快速演化特征和极端能量输出。」
论文共同第一作者、港大物理学系博士后研究员陈劲鸿博士,开展了深入的数值模拟分析:「我们的计算模拟表明,中等质量黑洞的潮汐力与白矮星的极端密度相结合,能够产生与观测数据高度吻合的喷流能量和演化时标。」
港大物理学系天体物理学讲座教授、天文学及天体物理研究所所长及论文合著者张冰教授表示:「香港在天文学领域具备国际化的视野和技术专长。港大团队深度参与并作出实际贡献,充分展现了香港科研力量在全球前沿科学探索中的独特价值。」
戴丽心教授补充道:「国际上不同团队之间就此事件提出各种不同模型,展开的深入讨论,恰恰突显了其巨大的科学价值。」
「爱因斯坦探针的使命是捕捉宇宙中难以预测的极端瞬变现象。」天关卫星首席科学家、中国科学院国家天文台袁为民教授说:「EP250702a的发现充分证明了我们率先捕捉宇宙极端瞬间的能力,并进一步展现了中国为国际天文探索作出决定性贡献的能力。」
这次事件为中等质量黑洞撕裂白矮星并产生相对论性喷流的过程,提供了首个清晰的观测线索。相关发现有助于揭示长期被认为「失踪」的中等质量黑洞族群,并为研究黑洞如何成长、致密恒星的最终命运,以及正在迅速发展的多信使天文学,开辟新的研究方向。
此论文合作团队包括香港大学、国家天文台、安徽师范大学、中山大学、中国科学技术大学等四十余家大学和科研院所。国家天文台李东悦博士、张文达副研究员、郑州大学杨俊博士、香港大学陈劲鸿博士为论文共同第一作者;国家天文台张文达副研究员、袁为民研究员、金驰川研究员、香港大学戴丽心教授与国家天文台张臣研究员为共同通讯作者。
爱因斯坦探针卫星计划由中科院主导。该任务也体现了广泛的国际合作,关键合作伙伴包括欧洲太空局(ESA)、德国马普地外物理研究所(MPE)以及法国国家太空研究中心(CNES)。这项研究汇集了来自中国及全球40多所大学和研究机构的300多位科学家,彰显了开放科学和大规模国际合作在应对前沿科学挑战方面的力量。
如欲阅读完整研究论文,请浏览:https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.12.050。
传媒查询:香港大学理学院 https://www.hku.hk/press/press-releases/detail/c_28931.html。