天文学家首次使用哈勃太空望远镜发现了“看不见的”黑洞

著名天文学家拍下第一张2019年一个黑洞的直接图像，这要感谢在它面前发光的物质。但许多黑洞实际上几乎不可能被探测到。现在另一个团队使用哈勃太空望远镜似乎终于发现了以前没人见过的东西:一个完全看不见的黑洞。这项研究贴在网上并提交在《天体物理学杂志》上发表，还有待同行评审。

黑洞是大型恒星死亡，其核心坍缩后留下的东西。它们的密度令人难以置信，引力如此之强，以至于任何物体都无法以足够快的速度逃离它们，包括光。天文学家们热衷于学习黑洞，因为它们可以告诉我们很多关于恒星死亡方式的信息。通过测量黑洞的质量，我们可以了解在恒星的最后时刻发生了什么，当它们的核心坍缩，外层被驱逐。

从定义上看，黑洞似乎是看不见的——它们毕竟是靠捕捉光线的能力而得名的。但由于它们的强大引力，我们仍然可以通过它们与其他物体的相互作用来探测到它们。数百个小黑洞通过与其他恒星的相互作用被探测到。

有两种不同的检测方法。在“x射线双星——恒星和黑洞围绕一个共享的中心运行，同时产生x射线——黑洞的引力场可以从伴星上吸走物质。这种物质围绕黑洞旋转，在这个过程中由于摩擦而升温。的热的材料发光在被吸进黑洞并消失之前，它在x射线光下非常明亮，使黑洞可见。你也可以检测成对的黑洞，它们合并在一起，螺旋向内旋转，并发出短暂的闪光引力波，它们是时空中的涟漪。

然而，有许多流浪黑洞在空间中漂流，与任何东西都没有相互作用，这使得它们很难被探测到。这是一个问题，因为如果我们不能探测到孤立的黑洞，我们就无法了解它们是如何形成的以及它们所来自的恒星的死亡。

新的黑暗地平线

为了发现这样一个看不见的黑洞，科学家团队不得不在几年的时间里将两种不同类型的观测结合起来。这一令人印象深刻的成就为寻找以前难以捉摸的孤立黑洞提供了一种新方法。

爱因斯坦的广义相对论预言大质量物体经过时会使光线弯曲。这意味着任何经过非常接近一个看不见的黑洞的光——但还没有近到足以进入黑洞——都会以类似于穿过透镜的光的方式发生弯曲。这叫做引力透镜效应，当前景物体与背景物体对齐时，它的光线会弯曲，就可以被发现。该方法已经被用于研究从星系团到围绕其他恒星的行星的一切事物。

这项新研究的作者在寻找黑洞时结合了两种类型的引力透镜观测。一开始，他们发现来自遥远恒星的光突然放大，短暂地使它看起来更亮，然后恢复正常。然而，他们看不到任何通过引力透镜作用引起放大的前景物体。这表明该物体可能是一个孤独的黑洞，是以前从未见过的东西。问题是，它也可能只是一颗微弱的恒星。

要弄清楚它是黑洞还是暗恒星需要大量的工作，这就是第二种类型的引力透镜观测的作用。作者们在六年的时间里反复使用哈勃望远镜拍摄图像，测量当恒星的光线发生偏转时，它似乎移动了多远。

最终，这让他们计算出引起透镜效应的物体的质量和距离。他们发现它的质量大约是我们太阳的7倍，位于大约5000光年之外，听起来很远，但实际上相对较近。这么大、这么近的恒星应该能被我们看到。由于我们看不见它，他们断定它一定是一个孤立的黑洞。

用哈勃这样的天文台进行这么多观测并不容易。这款望远镜非常受欢迎，竞争也非常激烈。考虑到确认这样一个物体的难度，你可能会认为找到更多这样的物体的前景并不乐观。幸运的是，我们正处于天文学革命的开端。这要归功于新一代的设施，包括正在进行的盖亚的调查，以及即将推出的维拉·鲁宾天文台而且南希·格雷斯罗马太空望远镜所有这些卫星都将以前所未有的细节对天空的大片区域进行重复测量。

这对天文学的所有领域来说都是巨大的。有了对这么大范围天空的常规、高精度测量，我们就可以研究在很短时间内发生变化的大量事物。我们将以新的方式研究各种各样的东西，包括小行星、爆炸的超新星和其他恒星周围的行星。

在寻找看不见的黑洞时，这意味着我们很快就会发现很多，而不是只发现一个，这可能会成为例行公事。这将让我们填补我们对恒星死亡和黑洞产生的理解上的空白。

最终，银河系中那些看不见的黑洞会发现要隐藏起来要困难得多。

亚当·麦克马斯特，开放大学天文学研究生(博士)和安德鲁·诺顿，开放大学天体物理教育教授

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