天文學家對銀河系又有了新見解，研究稱銀心或潛藏著上萬個黑洞

文：娟娟

黑洞，這種連光也無法逃脫的神秘天體，在宇宙中是普遍存在的。天文學家們已經發現了有許多黑洞存在於宇宙的強有力的證據。幸運的是，太陽系中並沒有黑洞。天文學家們估計，離地球最近的黑洞大約在300光年之外。

　　黑洞到底是什麼？簡而言之，用物理學家基普·索恩教授在科普讀物《星際穿越》中的話來說，「它們完全是而且僅僅是由彎曲的時間和彎曲的空間構成的。它們不包含物質，但是卻有表面，被稱作事件視界，或簡稱視界。沒有東西可以逃離它們，甚至光。這也是它們之所以如此漆黑的原因。黑洞的表面積和質量成正比：質量越大，表面積越大。」

儘管黑洞這個術語直到1967年才被美國普林斯頓大學的物理學家約翰·惠勒提出，但是關於宇宙中存在一種無比緻密的天體，以至於光子都無法逃脫的假說卻存在了幾個世紀。科學家們並不能用那些探測x射線、可見光或其他電磁輻射的望遠鏡直接觀察黑洞，但是，他們可以通過探測黑洞對其附近其他物質的影響，推測黑洞的存在，並進行研究。例如，當黑洞經過一片星際物質時，它就會把這片星際物質吸入其內，這個過程叫做「吸積」（accretion）。同樣，如果一個普通的恆星靠近一個黑洞，它也會被強大的引力拉入黑洞的深淵，最後，我們會發現一顆巨大的恆星就這樣被一個小小的黑洞吃掉了。隨著黑洞吸引物質的加速，其溫度也急劇上升，黑洞就會向太空中噴發出大量x射線。

　　近年來越來越多的天文發現提供了一些非常誘人的證據，表明黑洞會對其附近的物質產生某些戲劇性影響，例如，黑洞會放射出強大的伽馬射線爆發，毀滅其附近的恆星；在有些區域，黑洞會誘發一些新恆星的生長，而在另外一些區域，黑洞可能會減緩恆星的生長。

　　最近幾年，科學家幾次探測到黑洞合併產生的引力波，更是讓越來越多的人了解到黑洞這種極為特別的天體的存在。2016年年初，LIGO項目的科學家向全世界報告了在2015年9月14日，激光干涉儀重力波觀測台（LIGO）探測到了兩個黑洞相互碰撞與合併時產生的引力波，該引力波信號被標記為「GW150914，根據LIGO獲得的數據估算，在該黑洞合併事件的最後時刻，產生的最強烈引力波釋放的能量瞬間幾乎相當於整個可觀測宇宙中所有恆星釋放能量總和的10倍。2016年6月，LIGO合作組織又宣布，2015年12月26日，兩台引力波探測器又探測到一個引力波信號，和上次的引力波信號相同，這次的引力波也來自兩個黑洞的合併。但第一次的信號來自兩個稍重黑洞的合併，第二次的信號來自約14億光年外，兩個更常見的、恆星質量黑洞的合併。LIGO第一次探測到的融合後的黑洞質量約為62倍太陽質量，第二次的融合黑洞約為21倍太陽質量。LIGO的第三次探測，被稱為GW170104，發生時間是2017年1月4日，和前兩次的情況一樣，這次探測到的引力波也是兩個黑洞合併形成一個更大的黑洞時所產生的。通過合併產生的新黑洞，具有約49倍的太陽質量。

圖片：模擬圖，兩個黑洞繞著彼此旋轉進而融合成一個黑洞圖片來自：http://www.saxonscope.com

　　今天帶來的有關黑洞的新消息或許又令很多人咋舌，一個由哥倫比亞大學領導的天體物理學家團隊發現了十幾個黑洞，聚集在銀河系中心的超大質量黑洞——人馬座A*（Sagittarius A*）的周圍。這一新的發現似乎為科學家們更好地理解宇宙開闢出了大量的新機會。

　　哥倫比亞天體物理學家Chuck Hailey是哥倫比亞天體物理實驗室的聯合主任，也是該研究的主要作者，他說：」如果你想了解大黑洞與小黑洞相互作用的方式，你就可以通過研究這種分布來學習。」「銀河系是我們唯一可以研究超大質量黑洞如何與小黑洞相互作用的唯一星系，因為我們無法看到其他星系中的這種相互作用。」

　　這項研究發表在4月5日的《自然》雜誌上。

　　二十多年來，研究人員一直在苦苦尋找證據來支持一個理論，即成千上萬的黑洞聚集在大型星系中心的超大質量黑洞（SMBHs）周圍，但是多年來一直未獲得成功。

　　Hailey說：「在整個銀河系裡人們已知的黑洞只有五六十個，」「但是在一個6光年寬的區域里應該有1萬到2萬個這樣的東西，」他解釋到，人馬座A*周圍有一個氣體塵埃暈，這種環境為大質量恆星的誕生提供了完美的溫床，大質量恆星可以在那裡產生、死去，然後變成黑洞。另外，這個氣暈外部的黑洞，被認為會受到超大質量黑洞的影響，被拉到超大質量黑洞附近，在那裡被超大質量黑洞的引力俘獲。雖然大多數被困在那裡的黑洞仍然是孤立的，某些也會捕獲恰巧經過的恆星形成一個黑洞雙星系統，研究人員認為，這些孤立的和位於雙星系統中的黑洞會在星系中心大量聚集，形成一個密度尖端，隨著距離超大質量黑洞越近而變得越擁擠。

　　為了尋找銀心超大質量黑洞附近的小黑洞，Hailey和他的同事認為他們需要尋找更暗淡但更穩定的X射線源。因為當黑洞與低質量恆星共同形成雙星系統時，它們會釋放較弱的x射線爆發，這種爆發是穩定的並且可探測的。Hailey和同事們轉向錢德拉X射線天文台的檔案數據來測試他們的技術。他們搜索了活躍狀態下的黑洞-低質量恆星雙星系統的X射線特徵，並在人馬座A*周圍3光年的範圍內找出了12個這樣的雙星系統。

　　研究人員隨後分析了已確定的雙星系統的特性和空間分布，並從他們的觀測中推斷，人馬座A*周圍必定存在著300到500個黑洞-低質量恆星雙星系統，和大約10000個孤立的黑洞。

　　相信隨著這一重要理論得到驗證，有關引力波的研究也會得到很大推進，我們期待新的研究成果出爐。

　　相關論文、參考資料見：

　　https://www.nature.com/articles/nature25029

　　https://www.sciencedaily.com/releases/2018/04/180404133532.htm