天文学家：计算三十年的黑洞质量突增

2019年4月，国家天文台兴隆观测站的数据库管理员在例行比对中发现了一个异常：编号为SDSS J094612.3+072105的遥远类星体，其中心黑洞的质量估值在连续三十年的监测数据中呈现出一条令人不安的上升曲线。这条曲线的斜率并不陡峭，但持续而稳定，累计增幅达到了理论模型允许值的百分之三点七。负责该天区数据的天文学家周启明最初以为这是仪器漂移或校准误差，因为按照现有的吸积物理，一个质量约为太阳六十亿倍的黑洞，在三十年间通过吞噬物质增加自身质量的比例，应当小于千万分之一。而观测数据给出的增量，相当于该黑洞每年吞下了约两百个木星质量的天体——这个速率本身不算离谱，但问题是，根据光谱分析，该天区的周围并没有足够密度的星际介质来提供如此丰沛的“食物”。

周启明调出了从1989年帕洛马天文台第一次拍摄该天区光谱以来的全部档案。最初的记录显示，该黑洞的质量测定基于宽发射线Hβ的谱线宽度与光度关系，这是业界通行的经典方法。1995年，欧洲南方天文台的观测给出了一个几乎一致的值。2003年，斯隆数字巡天重新测量，误差范围与之前吻合。转折出现在2007年之后——当亚利桑那州的多镜面望远镜和夏威夷的凯克望远镜分别独立测定时，质量估值开始出现超出误差棒的上移。起初是百分之零点四，相当于测量噪声；到了2012年，累积偏差达到了百分之一点九，已经无法用统计涨落来解释。周启明做了所有常规检查：检查了定标星的稳定性，排除了大气色散的影响，甚至重新处理了原始图像，逐像素检查了CCD是否存在热像素漂移。

所有仪器因素都被排除了。剩下的唯一可能性是，那个黑洞真的在变重。但变重的途径只有两条：吸积物质，或与其他黑洞合并。合并会产生强烈的引力波信号，而LIGO在该时段内并未记录到对应天区的显著事件。吸积则需要物质，可该天区周围的大尺度结构图像显示，那里是一片几乎空白的宇宙空洞，最近的气体云距离它约四万光年。周启明在组会上提出了一个假说：会不会是测量方法本身出了问题？宽线区的气体运动未必反映黑洞质量，如果三十年间该天区的辐射压或磁场结构发生了变化，可能造成谱线轮廓的系统性偏移。这个假说听起来合理，但需要验证。

验证的方法很简单：观测该天区的中性氢21厘米谱线，检查其轮廓是否也发生了类似的系统性变化。如果宽线区的运动学变化来自某种外部扰动，那么中性氢谱线应当同步出现异常。2019年10月，周启明申请到了五百米口径球面射电望远镜FAST的三小时观测窗口。结果出人意料：中性氢谱线极其干净，没有任何展宽或频移，说明该天区周围的冷气体分布完全正常，与历年的射电巡天数据一致。这意味着，宽线区气体确实在加速运动——不是被某种外力扰动，而是因为中心天体的引力场本身在变强。换句话说，那个看不见的黑洞，确实在变大，而且变大的速度远远超过了任何已知的吸积或合并机制所能解释的范围。

周启明开始翻阅文献，寻找是否有类似案例。2004年有一篇论文提到，某个塞弗特星系中心黑洞的质量在十年间出现了百分之零点二的波动，当时被归咎于喷流活动的噪声。2011年，钱德拉X射线望远镜在另一个星系团中心发现了类似现象，但幅度更小，且随后恢复了正常。而像J094612.3这样持续三十年的单调递增，在所有公开数据库中找不到先例。周启明联系了提出黑洞质量测量方法的著名天体物理学家彼得森教授，后者在邮件中回复了很长一段技术分析，最后附了一句话：“如果数据是可靠的，那么我们的模型可能在某个基础层面存在缺失。但我不认为缺失的部分会是常规物理。”

常规物理之外的解释是什么？周启明在深夜的办公室里列出了所有可能性：暗物质粒子在黑洞视界附近发生某种未知的相变，将质量直接注入黑洞；或者该天区存在一个尚未被发现的额外维度泄漏点；又或者，黑洞的质量本身并非“增加”，而是我们用来称量它的那把尺子在缩短——如果宇宙膨胀的速率并非处处均匀，那么基于红移距离的光度换算就会出现系统性偏差。最后一个假说听起来最荒谬，但周启明决定验证它。他调取了该天区附近二十多个参考类星体的数据，这些天体的黑洞质量测定结果在三十年间均保持稳定。如果尺子缩短，它们理应出现同样的偏差。它们没有。这把尺子只对这一个个别天体失效。

2021年，周启明在《天体物理学杂志》上发表了这篇观测报告，标题是《一个持续增质的大质量黑洞》。同行评审意见中有一句话被编辑原样转达给作者：“作者已经排除了所有已知的仪器效应和天体物理过程，但结论仍然不令人满意。”这个评语本身就是一个悖论：当证据链完整到无可挑剔时，结论反而变得不可接受。周启明在论文的讨论部分谨慎地写道：“目前的数据无法区分以下两种情形：一是该天区存在某种尚未被识别的物质输运机制；二是我们对黑洞质量的定义在极端条件下可能需要修正。”他没有写的是，在他处理数据的最后一周，他发现了一个更细小的异常——在2007年那次质量跳变的同一天，该天区的紫外波段记录到一段持续了九十三秒的周期性闪烁，频率为0.0017赫兹，恰好等于一个太阳质量黑洞的施瓦西半径对应的轨道频率。

这个巧合没有任何物理意义。一个太阳质量的黑洞不可能存在于那个天区，否则会在引力透镜图像上留下痕迹。但周启明还是把这段数据单独存了一份，放在一个加密文件夹里。他给同组的博士后发了一封邮件，说：“你帮我看看这段光变曲线，有没有可能是某种已知的噪声源。”博士后回复说，看起来像是标准的仪器抖动，但抖动频率不会如此精确地保持恒定。周启明没有再追问。他知道，当一个观测结果同时满足“完全真实”和“完全无法解释”两个条件时，继续追问下去并不会得到答案，只会得到更多的问题。

至今，SDSS J094612.3+072105的黑洞质量仍在缓慢增长。2023年的最新测量显示，其累计增幅已达到百分之四点九。FAST的后续观测没有发现任何新的异常，X射线波段也没有记录到额外的辐射。它就像一个在宇宙中独自长胖的幽灵，不发出任何声音，不扰动任何物质，只是安静地、不可逆地增加着自己的质量。周启明在最近一次学术会议上被问到这个课题时，只是说：“所有常规解释都排除了，所有非常规解释也都排除了。剩下的只有数据本身。”他停了一下，又补了一句：“有时候，数据比理论更诚实。”会场安静了几秒，没有人接话。

至今仍无定论。