十年磨一劍，天文學家終于發(fā)現(xiàn)了首個在太空中“流浪”的孤立黑洞。這兩天，Nature 刊登了該消息，在天文界引發(fā)不少關(guān)注，此項目歷經(jīng) 10 年，背后 60 多個科研機構(gòu)參與，目標黑洞就藏在下面圖片中：
看完圖，你發(fā)現(xiàn)黑洞在哪了么？
在 2011 年 8 月 8 日的照片中，左邊的恒星突然變得很亮，之后就變暗了，而且后來一直沒再變過。沒錯，在箭頭所指的位置，就藏著一顆黑洞。也許你會好奇，既然叫黑洞，為什么在照片里反而會變亮呢？此外，這個“孤立黑洞”又是個什么？這就不得不提到黑洞的一個神奇效應(yīng)了。
引力透鏡鎖定黑洞
一般情況下，黑洞是看不到的，因為光線無法擺脫黑洞的引力。所以科研人員一般通過它和其他天體的相互作用來推斷某處存在黑洞。問題是，孤立黑洞周圍沒有相互作用的天體，只能在宇宙中流浪，因此很難推斷它的位置。不過，黑洞神奇的效應(yīng)這次幫了大忙：在距離黑洞稍遠的位置，途經(jīng)的兩側(cè)光線會被引力場彎折而匯聚起來。這種類似凸透鏡匯聚太陽光一樣的現(xiàn)象就被稱為引力透鏡。
△圖源：Nature
從模擬動畫中來看（如下圖），當黑洞經(jīng)過明亮的背景時，背景中的天體會暫時產(chǎn)生扭曲、增亮、位置變化的觀感。不過其中的位置偏差非常小，僅相當于在紐約觀測洛杉磯的一枚硬幣的寬度。而當孤立黑洞飄走之后，背景中的恒星或者星系又會復原回原來的亮度和位置。
這和開頭展現(xiàn)的恒星亮度變化過程非常類似。其實在此之前，也已有多次發(fā)現(xiàn)引力透鏡現(xiàn)象的記錄。例如哈勃望遠鏡在 2000 年拍到的下圖中的兩個緊挨的亮點，就是記錄之一。
△圖源：NASA
只不過這里的引力透鏡效應(yīng)沒有增加亮度，而是呈現(xiàn)出一個恒星“分裂”成兩個的假象。
但是即使觀測到很多引力透鏡現(xiàn)象，也不能輕易下結(jié)論。畢竟還有其他的高質(zhì)量天體（不一定是黑洞）也能引發(fā)類似的效果。于是，來自巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的 Kailash Sahu 以及其他團隊成員又逐步排除了潛在的因素。并根據(jù)引力透鏡現(xiàn)象持續(xù)的時長和其他數(shù)據(jù)，最終判斷出這確實是一個孤立黑洞。其質(zhì)量約為太陽質(zhì)量的 7.1 倍，距地球 5150 光年。相關(guān)成果預印本也已經(jīng)發(fā)布在 arXiv 上。
還有一個疑點
除了這個孤立黑洞的質(zhì)量和距離，科研人員還判斷出了它相對于我們橫向移動的速度，約為 45km / s。而這就顯得有點異常了。因為它附近的一些恒星移動速度都在 10-30km / s 這個范圍。這表明這個黑洞在誕生之初，也就是超新星爆發(fā)時可能受到了一股沖擊，像是被一腳「踢」了出去。這個意外收獲可能會讓我們對超新星和黑洞誕生的有新的理解。
不過其他科研人員對此也有不同的看法。莫納什大學的天文學家 Ilya Mandel 就表示，畢竟計算出的黑洞速度只是它沿一個方向的分速度，不能說其合速度一定是“超速”的。不過先撇開這些問題上的爭論，這項研究確實在很大程度上鼓舞了天文學家，而前方還有三個疑似黑洞的天體等待確認。
隨著這些問題的塵埃落定，我們也將逐漸揭示孤立黑洞的起源和普遍性。
參考鏈接：
[1]https://www.nature.com/articles/d41586-022-00346-6
[2]https://hubblesite.org/contents/news-releases/2000/news-2000-03.html
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