南希·格雷斯·罗曼太空望远镜将于2026年8月30日发射，它将通过捕捉黑洞撕裂整颗恒星时产生的闪光，探测到远至110亿年前存在的超大质量黑洞。
7月14日发表在The Astrophysical Journal上的新研究预测，罗曼的高纬度时域巡天每年将探测到大约100次潮汐瓦解事件（TDE），探测距离远超以往任何天文台。这一能力将使天文学家能够探测早期宇宙中的超大质量黑洞种群，并检验关于这些宇宙巨兽最初如何形成的相互竞争的理论。
“得益于罗曼的高灵敏度，我们能够前所未有地在更远的距离和更早的宇宙时期发现多个潮汐瓦解事件，”第一作者、约翰斯·霍普金斯大学研究生兼美国国家科学基金会研究生研究员米切尔·卡门表示。
潮汐瓦解事件的工作原理
当一颗恒星过于靠近超大质量黑洞时，就会发生潮汐瓦解事件。恒星并非被整个吞噬，而是被黑洞巨大的引力潮汐力撕裂，产生一道明亮的闪光，其亮度可超过恒星所在的整个星系。
这一现象仅存在于较轻的超大质量黑洞,,质量在10万到1亿太阳质量范围内的黑洞。超过10亿太阳质量的较重黑洞会直接吞噬恒星，不会产生此类信号。被撕裂的物质形成一个明亮炽热的吸积盘，在数周内达到峰值，然后逐渐消退，为天文学家提供了窥探原本不可见的黑洞种群的窗口。
罗曼的红外优势
罗曼的近红外观测能力非常适合探测来自早期宇宙的TDE。随着宇宙膨胀，来自遥远天体的光被拉长至更长的波长,,这种现象被称为宇宙学红移。经过80亿到110亿年才到达我们的光，将在罗曼仪器优化的近红外波段抵达。
该望远镜的高纬度时域巡天将覆盖大约18平方度的天空,,相当于约90个满月的面积,,并以规律周期重访相同区域，捕捉瞬变事件的发生。
罗曼的角色与维拉·C·鲁宾天文台互补，后者每年可探测数千至数万次TDE，但主要是在可见光波段探测较近距离的事件。两座天文台将共同提供从近邻到宇宙最遥远区域的完整图景。
“就像韦伯望远镜改变了我们对遥远高红移星系的理解一样，罗曼有望改变我们对高红移瞬变天体的理解，”马里兰大学的合著者苏维·格扎里表示。
探索黑洞起源
卡门及其同事模拟了TDE发生率随宇宙时间的变化，考虑了星系合并率、星系核中的恒星密度以及黑洞质量等演变因素。
研究团队预测，TDE发生率将随距离增加而上升，直至达到”宇宙正午”,,大约110亿到120亿年前，整个宇宙的恒星形成达到顶峰,,然后在更远距离处下降。
计数不同红移处的TDE将使天文学家能够区分超大质量黑洞起源的两个主要理论：
轻种子理论认为，黑洞始于大质量恒星死亡后的恒星质量残骸（最多数百太阳质量），并通过合并和快速气体消耗而增长。该模型预测几乎每个年轻星系都拥有一个中心黑洞。
重种子理论提出，一些黑洞是通过气体云直接坍缩而诞生的,,质量高达一百万太阳质量。这一情景预测超大质量黑洞在早期星系中更为罕见。
“潮汐瓦解事件帮助我们探测轻超大质量黑洞的种群，这有助于我们区分这些模型，”卡门表示。
瞬变科学的新前沿
罗曼的高纬度时域巡天是定义该望远镜主要任务的三个核心社区巡天之一。一旦罗曼和鲁宾开始全面运行，团队将立即开始将预测与实际探测结果进行比较，利用合并数据绘制黑洞在宇宙时间中的分布图。
“仅通过计数作为红移函数的TDE数量，就可以对百万太阳质量黑洞的种群施加有意义的约束，”格扎里表示。”罗曼的革命性在于它可以探测更远距离的潮汐瓦解事件，因此你可以观察TDE发生率如何随时间演变。”
南希·格雷斯·罗曼太空望远镜由NASA戈达德太空飞行中心管理，JPL、Caltech/IPAC、太空望远镜科学研究所、BAE Systems、L3Harris和Teledyne做出了重要贡献。
婷 翻译