LFBots：那些科学家还无法解释的太空爆炸

LFBots：那些科学家还无法解释的太空爆炸图像来源，Philip Drury/ University of Sheffield

Article informationAuthor, 乔纳森·奥卡拉汉（Jonathan O'Callaghan）Role, BBC特约记者2025年5月7日天文学家至今发现十几宗这种奇怪而罕见的太空爆炸。它们可能是某种特殊黑洞的迹象吗？

天文学家以前从未见过这样的情况——在遥远的太空深处，有某个巨大的东西发生了爆炸。2018年，地球上的望远镜捕捉到了这次令人惊讶、明亮而不寻常的爆炸，并观察到它发生在2亿光年之外。

这次爆炸迅速且明亮，远超过一般普通恒星或超新星爆炸，随后迅速消失。这个奇怪的爆炸被标记为“AT2018cow”，因其外观奇特，很快被赋予了一个更容易记住的绰号：“牛”（The Cow）。

自此之后，天文学家在宇宙中发现几次类似的爆炸。这些爆炸被描述为“高亮度快速蓝色光学瞬变”（luminous fast blue optical transients，简称LFBots，另译发光快速蓝色光学瞬变），它们都具有相同的特征。

“它们非常亮，”纽约康奈尔大学的天文学家安娜·何（Anna Ho，音译）说，LFBot中的L代表“发光、明亮”的意思（luminous）。蓝色是由于爆炸的温度极高，约为40,000摄氏度（72,000华氏度），这使得光谱向蓝色部分偏移。缩写中的最后两个字母O和T分别指这些事件可见于光谱（optical）中，并且是转瞬即逝（transient）。

起初，科学家认为LFBots可能是“失败的超新星”，即试图爆炸但最终向内坍塌、在核心形成黑洞并从内部吞噬自身的恒星。

然而，另一种理论正逐渐获得支持——这些牛型闪焰是由一类未被发现的中等大小黑洞（中等质量黑洞，intermediate mass black holes）所触发的，这些黑洞会吞噬靠近它们的恒星。去年11月发表的一篇研究论文就此说法提供新证据，暗示这可能是更合适的解释。“目前整体观点正向这个方向转变。”利物浦约翰摩尔斯大学的天文学家丹尼尔·珀利（Daniel Perley）说。

假设这一理论正确，它可能提供关键证据，证明这种难以捉摸的黑洞存在——这是宇宙中最小和最大黑洞之间遗失的关键环节，也是揭示暗物质（dark matter）这个宇宙重大谜团的重要线索之一。

图像来源，Perley et al

图像加注文字，最初的“牛闪焰”是在2018年探测到的，发生在距离地球约 2 亿光年的地方。2018年首次“牛”爆炸事件是由一个自动巡天系统发现，该系统使用地基望远镜，名为“小行星撞击地球最后警报系统”（Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System, Atlas）。

这个系统捕捉到发生在距地球约2亿光年的星系中的爆炸。与一般超新星相比，这次的亮度高达100倍，在短短几天内出现并消失。正常的超新星需要数周甚至数月才能完成其过程。根据英国谢菲尔德大学研究人员的观察，这次爆炸还具有一个奇怪且平坦的结构。

自那以来，天文学家已经发现大约十几次类似事件。大多数也被冠上以动物命名的昵称，源于最初由天文系统任意分配的识别代码。

例如：2018年发现的ZTF18abvkwla被称为“无尾熊”（Koala，树熊）。2020年发现的ZTF20acigmel被称为“骆驼”(Camel）。2022年发现的AT2022tsd被称为“塔斯马尼亚恶魔”（Tasmanian devil，袋獾）。2023年的AT2023fhn被称为“雀”（Finch）或“幼鹿”（Fawn）。

天文学家越来越频繁地使用望远镜调查来研究天空的大部分区域，以寻找这些事件。当其中一个爆发时，他们可以通过“天文学家的电报”（Astronomer's Telegram）等线上公告平台向其他天文学家发出警报，这些警报旨在促使其他望远镜采取行动，希望在爆炸消失之前详细观察。

11月，何和珀利发现了另一个新的LFBot，这次被指定为AT2024wpp，但尚未获得绰号。“我们在考虑叫它‘黄蜂’（Wasp）。”何说。这次爆炸特别有趣，因为它是自2018年“牛”以来，观测到最明亮的LFBot，而且在亮度上升阶段的早期就被发现，这意味着天文学家可以使用许多望远镜——包括哈伯太空望远镜（Hubble）——来了解更多信息。“这是自‘牛’以来最好的。”珀利说。

早期观察显示，“黄蜂”不是由失败的超新星引起的。根据这种理论，恒星在爆炸过程中会自行坍缩。在恒星的壳内，会形成一个黑洞或密集的中子星，即在内部产生所谓“中央引擎（central engine）”，并透过壳层向外释放辐射喷流。这可以解释在地球上可见的短暂“牛”爆发。

然而，珀利说，“黄蜂”似乎缺乏科学家预期的从爆炸中流出的物质流动。他指出目前只属初步发现，“我们仍在分析数据”。

它看起来像是一颗被中等质量黑洞吞噬的恒星残骸。

2024年9月，荷兰太空研究所（Netherlands Institute for Space Research）的郑曹（音，Zheng Cao）和同事重新分析首次发现的LFBot，并发现了挑战失败超新星理论的证据。

通过研究该事件的X射线观测，他们发现围绕爆炸似乎有一个物质盘。透过建立这个盘的电脑模型，他们发现它看起来像是一颗被中等质量黑洞吞噬的恒星残骸。

这个黑洞的质量约为太阳的100到100,000倍。更大的黑洞质量可能是太阳的数百万甚至数十亿倍。

随着恒星被吞噬，它会偶尔导致黑洞突然变亮，当恒星较大块的部分被消耗，便会产生天文学家在地球上观察到的“牛闪焰”爆发的现象。

“我相信我们的研究支持AT2018cow和类似LFBots的中等质量黑洞性质，”郑曹说。

另一种解释是，LFBots实际上是一类被称为“沃夫-瑞叶星”（Wolf-Rayet）的巨型恒星，它们被质量仅为我们太阳10到100倍的小黑洞撕裂。

纽约哥伦比亚大学的理论天体物理学家布莱恩·梅茨格（Brian Metzger）是支持这一想法的人之一。

他指出，这种现象可能与目前双黑洞系统的形成方式相似，这些黑洞透过其产生的重力波而被观测到——然而这次只有一颗恒星变成了黑洞。

图像来源，NASA

图像加注文字，美国太空总署哈伯太空望远镜在 2023年探测到一颗 LFBot 的短暂闪光，其编号为 AT2023fhn，被昵称为“雀”。中等质量黑洞理论或许是目前最吸引人和最受欢迎的想法。如果这个理论正确，这意味着LFBots是我们研究这类神秘中等大小黑洞的独特机会。虽然天文学家合理地相信中等质量黑洞存在于宇宙中，但至今尚未找到确凿的证据。

它们可能极其重要，充当宇宙中最小黑洞和最大黑洞（如我们银河系中心的超大质量黑洞）之间的缺失环节。LFBots可能揭示中等质量黑洞的位置，以及它们有多普遍。

“中等质量黑洞模型是最令人兴奋的，”珀利说，“在天文学界，是否真的存在中等质量黑洞仍然存在争议。证据一直相当稀少。”

要确定LFBots的真实身份，我们需要更多样本。“不幸的是，它们真的很稀有，”珀利说，约100个LFBots的数据将是理想的下一步。我们可能会在明年更接近这个数字，届时以色列的紫外线瞬变天文卫星（Ultraviolet Transient Astronomy Satellite, Ultrasat）将发射。其204平方度的超大视野，相当于看到1000个满月，预计它能发现更多的LFBots。

其他太空望远镜，如韦伯太空望远镜则可以收集更多关于单个LFBots的数据，但前题是它们能在爆炸亮起时正在观测该事件。“韦伯望远镜将是完美的，”梅茨格说。然而，要获得望远镜进行这种观测一直很困难。“我已经提出两次建议，”何说，但她没有成功。“我今年会再试一次”。

在更多数据到来之前，这些奇怪爆炸的谜团将继续存在。显而易见的是，LFBots比任何人预期的还要特别得多。

“我以为这只会是一个有趣的一次性项目，”珀利说，“但它最终却是一种完全不同的现象。它们变得越来越有趣。”