超大质量黑洞(SMBH)位于银河系等星系的中心。它们的质量大得令人难以置信，从100万到100亿太阳质量不等。它们较小的同胞，中等质量黑洞(IMBH)，质量介于100到10万个太阳质量之间，更难发现。
天文学家发现一个中等质量的黑洞正在摧毁一颗离它太近的恒星。他们从观察中了解到了很多，并希望找到更多这样的黑洞。观察更多的黑洞可能会帮助我们理解SMBHs是如何变得如此巨大的。
当一颗恒星太接近一个强大的黑洞时，就会发生潮汐扰乱事件(TDE)。恒星被撕裂，它的组成物质被吸引到黑洞，在那里它被黑洞的吸积盘捕获。这一事件释放出巨大的能量，使银河系中所有的恒星在数月甚至数年内都黯然失色。
这就是TDE 3XMM J215022.4-055108所发生的情况，它更容易被称为TDE J2150。天文学家之所以能够观测到难以捉摸的IMBH，是因为恒星被撕裂时热气体释放出的x射线。J2150距离地球约7.4亿光年，位于宝瓶座方向。现在，一组研究人员利用对遥远的J2150和现有科学模型的观察来了解更多关于IMBH的信息。
他们在一篇题为《来自中等质量黑洞在潮汐扰动事件3XMM J215022.4?055108的质量、自旋和超轻玻色子约束》的论文中发表了他们的结果。第一作者是亚利桑那大学的温思祥。这篇论文发表在《天体物理学杂志》上。
imbb难以捉摸且难以研究。天文学家已经在银河系和附近的星系中发现了一些。它们被发现的主要原因是它们的低亮度活动星系核。2019年，LIGO和室女座引力波天文台发现了两个imbb合并产生的引力波。就目前来看，IMBH的候选星系只有305个，尽管科学家们认为它们可能在星系中心很常见。
看到它们的一个问题是它们的质量本身很低。虽然smbb可以通过观察其质量如何影响附近恒星的恒星动力学来发现，但imbb通常太小，无法做到同样的事情。它们的引力不足以改变附近恒星的轨道。
亚利桑那大学天文学教授、论文合著者安·扎布鲁多夫(Ann Zabludoff)说:“我们能够在黑洞吞噬一颗恒星时捕捉到它，这一事实为观测原本看不到的东西提供了一个非凡的机会。”“不仅如此，通过分析耀斑，我们能够更好地理解这类难以捉摸的黑洞，这可能是星系中心大多数黑洞的原因。”
正是x射线的爆发使这一事件得以显现。研究小组将观察到的x射线与模型进行了比较，并证实了IMBH的存在。“死亡恒星的碎片形成的内部盘的x射线发射使我们有可能推断这个黑洞的质量和旋转，并将其归类为一个中间黑洞，”第一作者温说。
这是第一次观测到足够详细，能够使用TDE耀斑来确认IMBH的存在。这是一件大事，因为尽管我们知道超大质量黑洞位于银河系等更大的星系的中心，但我们对小星系和它们的超大质量黑洞的了解却非常有限。它们真的很难看到。
“我们仍然对比银河系小的星系中心的黑洞的存在知之甚少，”合著者、内梅亨大学(Radboud University)的彼得·容克(Peter Jonker)和荷兰空间研究所(SRON Netherlands Institute for Space Research)的彼得·容克(Peter Jonker)说。“由于观测的局限性，发现远小于100万太阳质量的中心黑洞是一项挑战。”
围绕着imbb的谜团为围绕smbb的谜团提供了线索。我们可以在大型星系的中心看到超大质量黑洞，但我们不知道它们是如何产生这么大质量的。他们进行合并了吗?也许吧。通过物质的吸积?也许吧。天体物理学家大多同意这两种机制都可能起作用。
另一个问题是关于SMBH的“种子”。这些种子可能是数十或数百个太阳质量的imbb。imbb本身可能是从恒星质量的黑洞发展而来的，这些黑洞是通过物质的吸积形成的。另一种可能性是，早在真正的恒星出现之前，就有巨大的气体云坍缩成准恒星，然后坍缩成黑洞。这些奇怪的实体会直接从准恒星塌缩到黑洞，而不会成为恒星，这被称为直接塌缩黑洞。但这些都是假设和模型。天体物理学家需要更多的实际观察，比如TDE J2150，以确认或排除任何可能性。
“因此，如果我们能更好地掌握有多少真正的中间黑洞，就能帮助确定超大质量黑洞形成的理论是正确的，”杨克说。
研究团队还能够测量黑洞的自旋，这对黑洞的增长可能也有影响，甚至对粒子物理学也有影响。黑洞在快速旋转，但并不是尽可能快地旋转。这就引出了一个问题，IMBH是如何达到这个范围内的速度的?这种旋转带来了一些可能性，也排除了其他可能性。
Zabludoff说:“有可能黑洞就是这样形成的，此后一直没有太大变化，或者是两个中等质量的黑洞最近合并形成了这个黑洞。”“我们确实知道，我们测量的自旋排除了黑洞长时间不断吞噬气体或许多随机方向的快速气体零食的情况。”
自旋速率也可能为暗物质的潜在候选粒子提供一些线索。其中一种假设认为，暗物质是由一种在实验室中从未见过的粒子组成的，这种粒子被称为超轻玻色子。这些奇异的粒子，如果存在的话，其质量还不到一个电子的十亿分之一。IMBHs的自旋速率可能排除了这些候选粒子的存在。
“如果这些粒子存在并在一定范围内具有质量，它们将阻止中等质量黑洞具有快速旋转，”合著者尼古拉斯·斯通说。然而，J2150的黑洞正在快速旋转。所以，我们的自旋测量排除了广泛的超轻玻色子理论，展示了黑洞作为粒子物理的地外实验室的价值。”
这一发现也将有助于更好地理解矮星系和它们的黑洞。但要做到这一点，天体物理学家需要观测更多的IMBH潮汐扰乱事件。
“如果事实证明大多数矮星系包含中等质量的黑洞，那么它们将主导恒星潮汐破坏的速度，”斯通说。“通过将这些耀斑的x射线发射与理论模型拟合，我们可以对宇宙中中等质量黑洞的数量进行普查，”温补充说。
正如天文学、天体物理学和宇宙学中经常出现的情况一样，未来的望远镜和天文台将大大提高我们的知识。在这方面，维拉·c·鲁宾天文台可以发挥作用。鲁宾号每年可以发现数千个tde。
然后，我们可能最终能够拼凑出不仅是imbb也包括smbb的故事。
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