2023年以来12个最令人兴奋的黑洞发展

拓牛李强

日冕环和由此产生的日冕雨，地球按比例显示。(图片来源:美国国家航空航天局太阳动力学天文台/艾米丽·梅森)

（）据美国太空网（罗伯特·李）：黑洞是宇宙中最神秘的物体之一。然而，科学家们可以通过检查黑洞的环境、它们的强烈引力产生的条件以及它们以接近光速喷出的物质射流来了解黑洞。

以下是2023年最令人印象深刻、非同寻常、令人震惊的黑洞故事。

1.最大的超大质量黑洞之一

今年3月，研究人员透露，他们发现了可能是迄今为止发现的最大的黑洞之一。宇宙巨人位于椭圆星系银铃1201 BCG的中心，距离地球27.3亿光年，该星系本身位于一个名为Abell 1201的巨大星系团中。

Abel 1201 BCG黑洞被认为具有相当于327亿个太阳的质量，是通过其对空间的引力影响而被发现的。

“这个特殊的黑洞，大约是我们太阳质量的300亿倍，是有史以来探测到的最大的黑洞之一，也是我们认为黑洞理论上可以达到的上限，所以这是一个非常令人兴奋的发现，”该研究的领导者，英国杜伦大学的物理学家詹姆斯·南丁格尔在一份声明中说。

2.早期宇宙中的超大质量黑洞种子



这幅图展示了一个由大量气体和尘埃直接形成的黑洞。(图片鸣谢:欧空局/哈勃)

多年来，科学家们一直在思考超大质量黑洞是如何达到如此巨大的尺寸的。当质量是太阳数百万或数十亿倍的超大质量黑洞在宇宙早期被发现时，这尤其具有挑战性，那时它们没有时间以物质为食，甚至没有时间与其他黑洞合并，以达到如此巨大的质量。

“这就像看到一个家庭走在街上，他们有两个6英尺高的青少年，但他们也有一个6英尺高的蹒跚学步的孩子，”约翰·里根，梅努斯大学的研究员，没有参与这项研究，告诉Space.com"

今年8月，天文学家发现了这一过程如何开始的证据，在宇宙开始后的4亿年里，发现了质量约为太阳4000万倍的黑洞的“重种子”。这些所谓的超大黑洞星系被认为是直接从巨大的气体和尘埃云形成的，而不是从垂死的恒星形成的，在通往超大质量状态的道路上节省了数十亿年的时间。

3.靠近地球的超大质量黑洞合并



拥有超大质量黑洞双星的螺旋星系碰撞后的余波。(图片鸣谢:国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA)

10月，天文学家在两个星系合并后发现了一个超大质量黑洞双星系统。距离地球仅9000万光年，这是迄今为止发现的距离地球最近的一对超大质量黑洞。

黑洞的质量分别是太阳的5400万倍和630万倍。目前，它们以1600光年的可观距离相互环绕。但在大约2.5亿年后，它们将螺旋在一起并合并，就像它们的母星系在10亿年前所做的那样，创造出一个子超大质量黑洞，其总质量约为6000万个太阳质量。

4.引力波探测器的量子推进



广义相对论的一个表现是引力波，这里描述为由两个碰撞的黑洞产生的。(图片来源:赫特/加州理工学院JPL分校)

随着黑洞合并的发生，它们使时空产生了被称为引力波的微小涟漪，这是爱因斯坦在1915年的广义相对论中首次预测到的。

爱因斯坦没有预料到的是引力波有一天会在地球上被探测到。这种对时空波纹的检测在10月份得到了极大的推动，当时激光干涉仪引力波天文台(LIGO)进行了升级，将超越所谓的“量子极限”，允许它从更遥远的黑洞合并中检测到更小的波动。

“我们现在可以进入更深的宇宙，预计将比以前多发现60%的合并，”LIGO实验室研究员贾文轩告诉Space.com。“升级还增加了我们探测宇宙中亚恒星质量黑洞的机会。最新的实验升级将在几乎所有方面有利于我们对天体物理信号的探测。”

5.超大质量黑洞可怕“打嗝”的回声

今年6月，美国国家航空航天局的成像X射线偏振探测器捕捉到了我们星系的超大质量黑洞人马座A* (Sgr A*)爆发的回声。Sgr A*被认为在19世纪之交喷发了这种高能光，科学家们从银河系中心周围稠密的气体分子云发出的X射线中捕捉到了它的回声，并产生了新的恒星。200年前的辐射爆发被认为是一大块小行星、气体云或恒星过于靠近Sgr A*的结果，并被超大质量黑洞的强烈引力产生的巨大潮汐力撕碎。

6.黑洞的人工智能改造



左边是2019年事件视界望远镜合作组织最初发表的著名的Messier 87超大质量黑洞图像。右边是一张新的、清晰的黑洞图像，由PRIMO算法使用相同的数据生成。(图片鸣谢:Medeiros等人2023，CC BY-ND)

今年4月，有史以来第一张黑洞的图像，因其众所周知的模糊而被称为“模糊的橙色甜甜圈”，由于艾的努力而得到了重大改造。为了提高图像的清晰度，研究人员使用了一台运行机器学习技术的超级计算机，这种技术被称为主成分干涉建模(PRIMO)。这使他们能够填补事件视界望远镜(EHT)在2019年捕捉到第一张黑洞图像时错过的空白，并缩小超大质量黑洞的发光环，以了解更多信息。

“PRIMO是从EHT观测中构建图像这一艰巨任务的一种新方法，”EHT成员兼NOIRLab研究员托德·劳尔在一份声明中说。“它提供了一种方法来补偿被观察物体的缺失信息，这是生成图像所必需的，使用地球大小的单一巨型射电望远镜就可以看到图像。”

7.来自黑洞的“百万光年长的绝地光剑”



哈勃太空望远镜看到一股喷流从M87星系中喷发出来。(图片来源:美国国家航空航天局/哈勃遗产团队(STScI/AURA))

11月，研究人员研究了黑洞Messier 87及其喷流，以了解它们如何释放能量。

这种能量不是来自黑洞内部；黑洞的边界被称为视界，阻止任何东西逃逸。相反，黑洞的旋转扭曲了磁场，降低了其旋转速度，然后发射出高度准直的物质射流，该团队将其描述为“百万光年长的绝地光剑”。

“如果你把地球全部转化为TNT，并以每秒1000次的速度爆炸数百万年，这就是我们从M87中获得的能量，”小组成员、普林斯顿大学研究员乔治·王(George Wong)说。

8.有史以来第一张黑洞喷流的直接图像(是的，又是M87*！)



M87中心黑洞中出现的相对论喷流的直接图像。(图片鸣谢:鲁(邵)、罗斯(MPIfR)、达内洛(、/NSF))

4月，从M87的超大质量黑洞中出现的准直能量爆炸成为第一个被直接成像的黑洞喷流。

该图像首次显示了喷流的底部如何连接到围绕超大质量黑洞旋转并逐渐被送入黑洞的物质。

“我们计划以不同的无线电波长观察M87中心黑洞周围的区域，以进一步研究喷流的发射，”团队成员爱德华多·罗斯，马克斯·普朗克射电天文学研究所的科学家，在一份声明中说。“未来几年将令人兴奋，因为我们将能够更多地了解在宇宙中最神秘的区域之一附近发生的事情。”

9.黑洞直指地球



一股喷流从一个由活动星系核提供动力的正在进食的超大质量黑洞中爆发出来。(图片来源:美国国家航空航天局/JPL加州理工学院)

今年3月，天文学家首次观察到，由一个正在进食的超大质量黑洞驱动的星系活动中心发射的喷流改变了方向，直接指向地球。

PBC j 2333.9–2343星系距离地球约6.56亿光年，曾被观察到发射喷流，但似乎平静下来，直到再次发射并将其喷流调整90度指向地球。该观察背后的团队将此描述为“喷流重新定向的一个非常特殊的例子。”

10.遥远的布拉扎尔



事件视界望远镜观测到的NRAO 530中心的黑洞。(图片来源:天体物理学杂志)

今年2月，EHT合作组织公布了对NRAO 530星系中心超大质量黑洞动力blazar的观察。blazar代表了EHT号拍摄到的最遥远的物体。

“我们看到的光在膨胀的宇宙中向地球传播了75亿年，但借助EHT的力量，我们可以在小到一光年的尺度上看到源结构的细节，”EHT合作小组成员、普朗克射电天文学研究所研究员马西克·维尔加斯在一份声明中说。

11.“循环”的超大质量黑洞



一个超大质量黑洞影响星际介质分布的图示。(图片鸣谢:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)、T. Izumi等人)

科学家们知道超大质量黑洞是杂乱的进食者，但他们没有意识到黑洞可能有清淡的饮食，因为他们“回收”了许多他们未能消耗的物质。

11月，天文学家发现物质在Circinus星系中心的超大质量黑洞周围进行复杂的舞蹈，距离大约1300万光年。

他们发现，中央黑洞只吃落向它的大约3%的物质，它产生的能量将其余的物质推开，这意味着它比以前认为的要轻得多。然而，这并不意味着这种物质保持距离；它的大部分以一种几乎类似于喷泉的方式落回中央超大质量黑洞。

12.连续的黑人角色记录



目前距离地球最近的黑洞的位置。(图片鸣谢:欧空局/盖亚/DPAC；CC BY-SA 3.0 IGO，CC BY-SA 3.0 IGO)

今年4月，天文学家利用盖亚飞船发现了似乎是离地球最近的黑洞。这些黑洞被命名为Gaia BH1和Gaia BH2，分别位于1560和3800光年之外。

但就在几个月后，科学家发现Hyades星团中可能有几个黑洞，距离仅150光年，比Gaia BH 1近10倍。

这两个，或者可能是三个黑洞可能会更加引人注目，因为它们可能根本不在致密的星团中，而是在1.5亿年前被逐出Hyades，独自在银河系中游荡。