“天關”衛星建奇功，精準捕捉罕見黑洞“進食”過程

寂靜的太空中突然出現一道X射線“閃電”，正在凝望深空的中國“天關”衛星敏銳地捕捉到這個異常明亮且急劇變化的信號。隨后，全球數十個空間望遠鏡和地面天文臺迅速跟進，展開一場大追蹤。科學家發現這一X射線信號極為特殊，很可能揭示了一個我們過去從未見過宇宙終極“獵殺”場面。

中等質量黑洞潮汐瓦解白矮星想象畫（圖源：國家天文臺天關衛星科學中心 , 可視科學）

01

精度領先200倍 “天關”衛星鎖定位置

“天關”衛星（ 又 名愛因斯坦探針，EP）是由 中國主導的國際合作項目， 是 運行在 距離地面約 580 公里軌道上 的 空間 X射線 天文臺 ， 主要目標是 捕捉天空中的瞬間爆發的X射線 源 ，發現 并監測 這些 高能 瞬 變天體 。

世界時（下同） 2025年7月2日 02:53: 4 4 ， 一個明亮的X射線閃光 突然 出現在“天關”衛星的視野中 ，它 被賦予了一個特定的編號EP250702a。 13:09:02 ，美國航天局“費米” 衛星 （Fermi）也 觀測到 一系列伽馬射線 爆發 ，記錄為 伽馬暴 GRB250702B 、 D 、E。 不過 中國的天文學家很快發現， 事實上在 前一天，7月1日 01:40:26 起，“天關”衛星便已在相同位置探測到了X射線信號！ 如果拿射擊 來比喻 ，7月2日觀測到 的是 出膛的子彈及其火焰，而7月1日 “天關”看到的 或許才是真正扣動扳機的動作。 伽馬射線比X 射線波長更短，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。

“天關”衛星核心科學載荷寬視場X射線望遠鏡（萬星瞳）和后隨X射線望遠鏡（風行天）（圖源： 國家天文臺天關衛星科學中心 ）

美國人 動作很快，率先發布了“費米” 的 觀測 數據 。然而它的定位精度不高，誤差范圍 在 7.8 ° -14.3 °之間 。“天關” 則兼具看得廣和看得準這兩大特點。 寬視場X射線望遠鏡WXT ， 昵稱 為 “萬星瞳” ， 是一個由12個單元組成的龍蝦眼望遠鏡，拼在一起可覆蓋近3600平方度的天空范圍， 定位精度高達2.4′， 是“費米”的200倍。 不僅如此，“天關”還自帶后隨望遠鏡FXT，昵稱為“風行天”，視場直徑為1°，對目標的定位精度 更是 達到 5″~ 8 ″，比 WXT 還高出約20倍。打個比方，如果說“費米”望遠鏡能定位到 一個小區 ，那么“萬星瞳”能定位到一棟樓，而“風行天”就能定位到一個陽臺。 2025年7月3日，“風行天”對EP250702a進行了后隨觀測，給出 了 該源的 精確坐標。這 一步 很 關鍵 ，有了 確切位置 ，其他觀測設備 可以快速 對準目標做進一步的后隨觀測，不至于在偌 大 的天空中盲目搜索。

EP250702a的成像圖。（a）為“天關”衛星 “萬星瞳”望遠鏡拍攝，紅色圓圈表示EP250702a的定位，藍色 輪廓為“費米”觀測的伽馬暴GRB250702B位置 的不確定度 （1σ）； （b）為“天關”衛星“風行天”望遠鏡拍攝 ； （c）為“錢德拉”望遠鏡拍攝 ； （d）為“哈勃”空間望遠鏡拍攝可見光照片 ， 紅色、橙色和藍色 輪廓 分別表示EP250702a的X射線、近紅外和射電對應體的位置 ， 近紅外位置及其不確定度由甚大望遠鏡（VLT）獲得 ， 射電位置及其不確定度由 狐獴射電望遠鏡（ MeerKAT ） 觀測獲得 。（圖源： 國家天文臺 天關衛星科學中心 ）

02

多波段協同觀測還原極端事件

X射線的本質是帶電粒子（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生 X 射線，如恒星耀斑、恒星坍縮與超新星爆發、超新星遺跡、脈沖星、超大質量黑洞、潮汐瓦解事件等。 然而 天體的電磁輻射往往跨越多個波段 ，僅靠一兩臺 設備觀測 就會像盲人摸象一樣，難以描繪天體的真實模樣。

EP250702a 事件發生后， 全球 多個 天文臺包括空間 的 和地面 的 望遠鏡 在各個 電磁波段 對 它 進行 了 觀測 。如X射線波段有搭載在國際空間站上的 全天X射線圖像監視器 （MAXI）、俄羅斯的 Konus -WIND 探測器、中法合作 的 SVOM衛星、美國 航天局 的錢德拉空間望遠鏡（Chandra） 、 NuSTAR 衛星 ；可見光波段 有 “哈勃”空間望遠鏡（HST） 、法墨“蜂鳥”望遠鏡（ COLIBRí ） 、中國墨子巡天望遠鏡（ WFST ） 等；近紅外的歐洲南方天文臺位于智利的甚大望遠鏡（VLT）、詹姆斯·韋布空間望遠鏡（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 狐獴射電望遠鏡（ MeerKAT ） …… 當 研究人員將 各路人馬獲得的信息拼湊在一起 后 ， 驚奇地 發現 EP250702a 果然 非同一般。

首先，“天關”衛星 上“萬星瞳”望遠鏡 比伽馬暴提前一天 探測到X射線爆發 ，并且 在初始信號約15小時后 有 一系列劇烈的X射線耀變，最亮時達到約3×10 49 erg/s， 這 是 宇宙中已知最亮的瞬間爆發事件 之一 。 其次， “風行天”望遠鏡 記錄下 長 達 一個多月 的完整 的能量 變化過程 ，發現 其X射線 亮度 達到峰值后， 在 不到20天內 驟降超過十萬倍 ，這暗示了物質轉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的長期X射線光變曲線和能譜演化。 （a）圖中 將EP250702a （黑色點線） 與其他X射線暫現源進行比較 ， 其中 包括有噴流的潮汐瓦解事件（ Sw J1644+57、Swift J1112.2 - 8238、AT2022cmc）、超長伽馬射線暴（GRB 211024B） ， 能看出光變曲線顯著差異 。EP250702a的觸發時間設定 為“天關”衛星 WXT 首次 觀測的起始時間 （7月1日 01:40:26UTC ）， 垂直黑色虛線表示 觸發 “ 費米 ”衛星的 耀發時間 （7月2日 13:09:02 UTC起） ， 這一刻亮度達到峰值，隨后十多天內亮度迅速下降了5個數量級。 垂直灰色虛線表示未觸發的耀發的時間。 （b）圖顯示 EP250702a的X射線能譜隨時間演化的趨勢 ，光子指數 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： 國家天文臺天關衛星科學中心 ）

研究人員還發現，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，或銀河系內的X射線爆發。 來自 “費米”“錢德拉”等望遠鏡觀測表明EP250702a的能量高度集中在幾十萬公里的范圍內，而質量達到太陽的幾萬倍。JWST和VLT的觀測則提供了更多的視角，證明該X射線源在一個距離地球約80億光年的星系中，且并不位于星系中央。 種種跡象表明目標源是一個中等質量黑洞。

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

針對 EP250702a 所呈現出的X射線高亮度、快速衰減、光譜硬-軟轉變、尺度較小、數萬倍太陽質量，以及偏離宿主星系中心區域等特征，研究人員發現非常符合一種十分罕見的 潮汐瓦解事件（TDE） ——一個中等質量黑洞撕裂了一顆白矮星。

白矮星被中等質量黑洞撕裂并產生噴流 （藝術想象）（圖源： 國家天文臺天關衛星科學中心 , 可視科學 ）

03

一頭巨獸強力撕裂一顆致密小球

為什么會是中等質量黑洞+白矮星的組合呢？

黑洞引力場存在巨大的梯度差異， 當 恒星 接近黑洞時，面向 黑洞 的 一側受到的引力遠大于背側 ，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， 導致恒星被極度拉 伸 ，最終 瓦解，殘骸被黑洞吸積 。 這一過程會產生百萬度以上的高溫 和 巨大的能量，形成吸積盤、噴流等結構 ，釋放出X射線等高能輻射 。 正因為此， 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，但它產生的X射線持續時間比較久，衰減速度也比較慢。

EP250702a 事件中表現出的“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 其平均密度可達太陽的百萬倍。 從白矮星的個頭來講，符合“天關”衛星看到的X射線突然爆發卻又在短時間內驟降5個數量級 的情況 。然而，白矮星身板如此“結實”，誰又有這個力量 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 質量 相對較小（百倍到十萬倍太陽質量）的 中等質量黑洞 。因為質量太小的黑洞無法撕碎白矮星，而 質量更大的 黑洞 半徑也越大，白矮星在被撕碎前就被黑洞 “一口吞” 了。 中等質量黑洞潮汐瓦解白矮星的 過程 中 預期 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 各個波段提供的亮度、尺度、能量以及 快速演化 的證據完美契合。

太陽、地球與白矮星的對比 （圖源： 施韡 ）

04

“天關”衛星打開觀測極端宇宙的新窗口

黑洞根據質量可以大致分為三類：恒星級黑洞 （幾倍至幾十倍太陽質量） ；中等質量黑洞 （百倍至幾十萬倍太陽質量） ；超大質量黑洞 （幾百萬倍至幾十億倍太陽質量） 。恒星級黑洞由大質量恒星死亡坍縮后形成，在 星 系中有著 廣泛 分布。超大質量黑洞通常位于星系中心，是整個星系的引力主宰。而中等質量黑洞 既沒有強烈的引力波信號 （當前探測能力有限） ，也沒有持續的強輻射 ，長期處于“失蹤”狀態，迄今 所知寥寥 。然而，它們卻很有可能 是 我們 理解黑洞演化的關鍵 環節 。

當 中等質量黑洞 撕裂 身邊的 恒星時 ， 情況就大不相同了，由于 演化速度 明顯快于 超大質量 黑洞的潮汐瓦解 事件 ，因而 會 產生短暫 的 高能 X 射線耀發 ， 這 可 被視作 中等質量黑洞 的“特征信號”。 再結合其他波段的特征，或將成為尋找中等質量黑洞重要路徑。 “天關”衛星 既 擁有大視場和高靈敏度，還 具備 快速后隨和精準定位的能力， 它不僅自己能捕捉轉瞬即逝的特征信號，又能以最快速度測定信號源的位置 并發出警報 ，方便全世界天文臺開展進一步的觀測研究，迅速補齊神秘X射線源的拼圖。 這正是 我們在EP250702a事件 中所看到的， “天關” 衛星 做出了決定性的貢獻 。

《科學通報》封面圖（ 來源 ： 國家天文臺天關衛星科學中心 , Science Bulletin）

由于這個信號很少見， 國際學界 對此有著多種猜測 。有 的團隊認為， 它可能源于恒星 級 黑洞與一顆氦星的并合；也有 認為不能排除 恒星級黑洞撕裂普通恒星的可能性 ；最極端的考慮是一顆大質量恒星吞掉了一個小質量的黑洞。“天關”衛星團隊所提出的中等質量黑洞+白矮星模型能最自然地解釋其快速演化和極端能量輸出。 對一種宇宙現象提出不同理論模型，這恰恰體現出該事件的巨大科學價值。

“天關”衛星 發射 2年來，已經發現了近200個X射線暫現源，檢測到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，刷新人類對動態宇宙的認知。

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”衛星或首次捕捉中等質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）

科學審核：袁為民（國家天文臺研究員、“天關”衛星首席科學家）、包聰穎（“天關”衛星科學運行辦主任）

編輯：曉天

審校：李巖松、李淵淵

圖源：已在文中標注