“天关”卫星建奇功，精准捕捉罕见黑洞“进食”过程

寂静的太空中突然出现一道X射线“闪电”，正在凝望深空的中国“天关”卫星敏锐地捕捉到这个异常明亮且急剧变化的信号。随后，全球数十个空间望远镜和地面天文台迅速跟进，展开一场大追踪。科学家发现这一X射线信号极为特殊，很可能揭示了一个我们过去从未见过宇宙终极“猎杀”场面。

中等质量黑洞潮汐瓦解白矮星想象画（图源：国家天文台天关卫星科学中心 , 可视科学）

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精度领先200倍 “天关”卫星锁定位置

“天关”卫星（ 又 名爱因斯坦探针，EP）是由 中国主导的国际合作项目， 是 运行在 距离地面约 580 公里轨道上 的 空间 X射线 天文台 ， 主要目标是 捕捉天空中的瞬间爆发的X射线 源 ，发现 并监测 这些 高能 瞬 变天体 。

世界时（下同） 2025年7月2日 02:53: 4 4 ， 一个明亮的X射线闪光 突然 出现在“天关”卫星的视野中 ，它 被赋予了一个特定的编号EP250702a。 13:09:02 ，美国航天局“费米” 卫星 （Fermi）也 观测到 一系列伽马射线 爆发 ，记录为 伽马暴 GRB250702B 、 D 、E。 不过 中国的天文学家很快发现， 事实上在 前一天，7月1日 01:40:26 起，“天关”卫星便已在相同位置探测到了X射线信号！ 如果拿射击 来比喻 ，7月2日观测到 的是 出膛的子弹及其火焰，而7月1日 “天关”看到的 或许才是真正扣动扳机的动作。 伽马射线比X 射线波长更短，能量更高，但X射线比伽马射线“抢跑”一天半， 这说明它不是普通的伽马暴，而是特殊的 高能 爆发。

“天关”卫星核心科学载荷宽视场X射线望远镜（万星瞳）和后随X射线望远镜（风行天）（图源： 国家天文台天关卫星科学中心 ）

美国人 动作很快，率先发布了“费米” 的 观测 数据 。然而它的定位精度不高，误差范围 在 7.8 ° -14.3 °之间 。“天关” 则兼具看得广和看得准这两大特点。 宽视场X射线望远镜WXT ， 昵称 为 “万星瞳” ， 是一个由12个单元组成的龙虾眼望远镜，拼在一起可覆盖近3600平方度的天空范围， 定位精度高达2.4′， 是“费米”的200倍。 不仅如此，“天关”还自带后随望远镜FXT，昵称为“风行天”，视场直径为1°，对目标的定位精度 更是 达到 5″~ 8 ″，比 WXT 还高出约20倍。打个比方，如果说“费米”望远镜能定位到 一个小区 ，那么“万星瞳”能定位到一栋楼，而“风行天”就能定位到一个阳台。 2025年7月3日，“风行天”对EP250702a进行了后随观测，给出 了 该源的 精确坐标。这 一步 很 关键 ，有了 确切位置 ，其他观测设备 可以快速 对准目标做进一步的后随观测，不至于在偌 大 的天空中盲目搜索。

EP250702a的成像图。（a）为“天关”卫星 “万星瞳”望远镜拍摄，红色圆圈表示EP250702a的定位，蓝色 轮廓为“费米”观测的伽马暴GRB250702B位置 的不确定度 （1σ）； （b）为“天关”卫星“风行天”望远镜拍摄 ； （c）为“钱德拉”望远镜拍摄 ； （d）为“哈勃”空间望远镜拍摄可见光照片 ， 红色、橙色和蓝色 轮廓 分别表示EP250702a的X射线、近红外和射电对应体的位置 ， 近红外位置及其不确定度由甚大望远镜（VLT）获得 ， 射电位置及其不确定度由 狐獴射电望远镜（ MeerKAT ） 观测获得 。（图源： 国家天文台 天关卫星科学中心 ）

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多波段协同观测还原极端事件

X射线的本质是带电粒子（主要是电子）获得极高能量后，通过减速、加速、跃迁或碰撞等方式，辐射出波长在 0.01–10 纳米的电磁波。宇宙中有很多天体或物理过程能产生 X 射线，如恒星耀斑、恒星坍缩与超新星爆发、超新星遗迹、脉冲星、超大质量黑洞、潮汐瓦解事件等。 然而 天体的电磁辐射往往跨越多个波段 ，仅靠一两台 设备观测 就会像盲人摸象一样，难以描绘天体的真实模样。

EP250702a 事件发生后， 全球 多个 天文台包括空间 的 和地面 的 望远镜 在各个 电磁波段 对 它 进行 了 观测 。如X射线波段有搭载在国际空间站上的 全天X射线图像监视器 （MAXI）、俄罗斯的 Konus -WIND 探测器、中法合作 的 SVOM卫星、美国 航天局 的钱德拉空间望远镜（Chandra） 、 NuSTAR 卫星 ；可见光波段 有 “哈勃”空间望远镜（HST） 、法墨“蜂鸟”望远镜（ COLIBRÍ ） 、中国墨子巡天望远镜（ WFST ） 等；近红外的欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜（VLT）、詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）；射电波段的 有 甚大阵（VLA）、“中国天眼”FAST、 澳大利亚平方千米阵探路者 （ ASKAP ） 、位于南非的 狐獴射电望远镜（ MeerKAT ） …… 当 研究人员将 各路人马获得的信息拼凑在一起 后 ， 惊奇地 发现 EP250702a 果然 非同一般。

首先，“天关”卫星 上“万星瞳”望远镜 比伽马暴提前一天 探测到X射线爆发 ，并且 在初始信号约15小时后 有 一系列剧烈的X射线耀变，最亮时达到约3×10 49 erg/s， 这 是 宇宙中已知最亮的瞬间爆发事件 之一 。 其次， “风行天”望远镜 记录下 长 达 一个多月 的完整 的能量 变化过程 ，发现 其X射线 亮度 达到峰值后， 在 不到20天内 骤降超过十万倍 ，这暗示了物质转化成能量的主要过程短暂而猛烈。这就好比往火盆里倒了一小杯酒精，瞬间燃起熊熊大火，但 随着 酒精 快速燃尽 ，火光也骤然减弱。

EP205702a的长期X射线光变曲线和能谱演化。 （a）图中 将EP250702a （黑色点线） 与其他X射线暂现源进行比较 ， 其中 包括有喷流的潮汐瓦解事件（ Sw J1644+57、Swift J1112.2 - 8238、AT2022cmc）、超长伽马射线暴（GRB 211024B） ， 能看出光变曲线显著差异 。EP250702a的触发时间设定 为“天关”卫星 WXT 首次 观测的起始时间 （7月1日 01:40:26UTC ）， 垂直黑色虚线表示 触发 “ 费米 ”卫星的 耀发时间 （7月2日 13:09:02 UTC起） ， 这一刻亮度达到峰值，随后十多天内亮度迅速下降了5个数量级。 垂直灰色虚线表示未触发的耀发的时间。 （b）图显示 EP250702a的X射线能谱随时间演化的趋势 ，光子指数 从1 快速 增加 到3以上 ，表示能谱由“硬” 变“软”， 即低能成分显著增加 。 （图源： 国家天文台天关卫星科学中心 ）

研究人员还发现，随着 后期X射线辐射平均能量降低，软X射线 （能量偏低的） 成分 逐渐增加 。 这些特征均有别于任何已知的伽马暴，或银河系内的X射线爆发。 来自 “费米”“钱德拉”等望远镜观测表明EP250702a的能量高度集中在几十万公里的范围内，而质量达到太阳的几万倍。JWST和VLT的观测则提供了更多的视角，证明该X射线源在一个距离地球约80亿光年的星系中，且并不位于星系中央。 种种迹象表明目标源是一个中等质量黑洞。

美国航天局詹姆斯·韦布望远镜拍摄的 EP205702a /GRB250702B 的 宿主星系（图源： NASA, ESA, CSA, H. Sears , A. Pagan ）

针对 EP250702a 所呈现出的X射线高亮度、快速衰减、光谱硬-软转变、尺度较小、数万倍太阳质量，以及偏离宿主星系中心区域等特征，研究人员发现非常符合一种十分罕见的 潮汐瓦解事件（TDE） ——一个中等质量黑洞撕裂了一颗白矮星。

白矮星被中等质量黑洞撕裂并产生喷流 （艺术想象）（图源： 国家天文台天关卫星科学中心 , 可视科学 ）

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一头巨兽强力撕裂一颗致密小球

为什么会是中等质量黑洞+白矮星的组合呢？

黑洞引力场存在巨大的梯度差异， 当 恒星 接近黑洞时，面向 黑洞 的 一侧受到的引力远大于背侧 ，这就是引潮力或 引力的潮汐作用 。 离 黑洞越近，前后所受引力差异越大， 导致恒星被极度拉 伸 ，最终 瓦解，残骸被黑洞吸积 。 这一过程会产生百万度以上的高温 和 巨大的能量，形成吸积盘、喷流等结构 ，释放出X射线等高能辐射 。 正因为此， 潮汐瓦解事件也是寻找黑洞的重要 途径之一。 比较常见的 潮汐瓦解事件 是黑洞撕裂一颗 体型较大的 红巨星或主序星，但它产生的X射线持续时间比较久，衰减速度也比较慢。

EP250702a 事件中表现出的“亮度极高”和“衰减极快”的特征，暗示着被黑洞引力撕碎的天体比普通恒星体积小而密度大。 白矮星是 类似太阳大小的 恒星死亡后留下的 残骸，质量不超过太阳的1.4倍，体积却只有地球大小，因此 其平均密度可达太阳的百万倍。 从白矮星的个头来讲，符合“天关”卫星看到的X射线突然爆发却又在短时间内骤降5个数量级 的情况 。然而，白矮星身板如此“结实”，谁又有这个力量 在不“囫囵吞枣”的情况下 ，还能将其撕碎？理 论研究表明，只 能是 质量 相对较小（百倍到十万倍太阳质量）的 中等质量黑洞 。因为质量太小的黑洞无法撕碎白矮星，而 质量更大的 黑洞 半径也越大，白矮星在被撕碎前就被黑洞 “一口吞” 了。 中等质量黑洞潮汐瓦解白矮星的 过程 中 预期 能 释放出短暂而剧烈的能量 ，并伴随 明亮且快速的喷流， 这一切 与 各个波段提供的亮度、尺度、能量以及 快速演化 的证据完美契合。

太阳、地球与白矮星的对比 （图源： 施韡 ）

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“天关”卫星打开观测极端宇宙的新窗口

黑洞根据质量可以大致分为三类：恒星级黑洞 （几倍至几十倍太阳质量） ；中等质量黑洞 （百倍至几十万倍太阳质量） ；超大质量黑洞 （几百万倍至几十亿倍太阳质量） 。恒星级黑洞由大质量恒星死亡坍缩后形成，在 星 系中有着 广泛 分布。超大质量黑洞通常位于星系中心，是整个星系的引力主宰。而中等质量黑洞 既没有强烈的引力波信号 （当前探测能力有限） ，也没有持续的强辐射 ，长期处于“失踪”状态，迄今 所知寥寥 。然而，它们却很有可能 是 我们 理解黑洞演化的关键 环节 。

当 中等质量黑洞 撕裂 身边的 恒星时 ， 情况就大不相同了，由于 演化速度 明显快于 超大质量 黑洞的潮汐瓦解 事件 ，因而 会 产生短暂 的 高能 X 射线耀发 ， 这 可 被视作 中等质量黑洞 的“特征信号”。 再结合其他波段的特征，或将成为寻找中等质量黑洞重要路径。 “天关”卫星 既 拥有大视场和高灵敏度，还 具备 快速后随和精准定位的能力， 它不仅自己能捕捉转瞬即逝的特征信号，又能以最快速度测定信号源的位置 并发出警报 ，方便全世界天文台开展进一步的观测研究，迅速补齐神秘X射线源的拼图。 这正是 我们在EP250702a事件 中所看到的， “天关” 卫星 做出了决定性的贡献 。

《科学通报》封面图（ 来源 ： 国家天文台天关卫星科学中心 , Science Bulletin）

由于这个信号很少见， 国际学界 对此有着多种猜测 。有 的团队认为， 它可能源于恒星 级 黑洞与一颗氦星的并合；也有 认为不能排除 恒星级黑洞撕裂普通恒星的可能性 ；最极端的考虑是一颗大质量恒星吞掉了一个小质量的黑洞。“天关”卫星团队所提出的中等质量黑洞+白矮星模型能最自然地解释其快速演化和极端能量输出。 对一种宇宙现象提出不同理论模型，这恰恰体现出该事件的巨大科学价值。

“天关”卫星 发射 2年来，已经发现了近200个X射线暂现源，检测到7000例天体X射线变化。未来， 它将为我们带来X射线宇宙的全新视角，刷新人类对动态宇宙的认知。

参考资料：

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

[2] “天关”卫星或首次捕捉中等质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（上海科技馆天文研究中心）

科学审核：袁为民（国家天文台研究员、“天关”卫星首席科学家）、包聪颖（“天关”卫星科学运行办主任）

编辑：晓天

审校：李岩松、李渊渊

图源：已在文中标注