到底有没有黑洞？人类发现了迄今为止最有力的证据

李志敏

天文学家已经找到了宇宙杀人凶手的最佳证据：一个被称为“中间质量”的难以捉摸的黑洞，它通过撕裂一颗太近的恒星而背叛了它的存在。

黑洞的质量约为太阳质量的50,000倍，比位于大星系核心的超大质量黑洞（百万质量或数十亿太阳质量）小，但大于由大质量星系形成的恒星质量黑洞。一颗巨大恒星的坍塌。

这些所谓的中等质量黑洞（IMBH）是黑洞发展中一个长期寻求的“缺失环节”。尽管还有其他一些IMBH候选者，但研究人员认为这些新发现是迄今为止宇宙中黑洞的最有力证据。

它利用了两个X射线天文台的强大力量以及NASA哈勃太空望远镜的敏锐视野，才将这颗宇宙野兽定下来。

此插图描绘了行动中的宇宙杀人事件。黑洞的强烈引力拉动了一颗任性的恒星，其中包含数万个太阳质量的黑洞。恒星残骸在黑洞周围形成吸积盘。来自过热气体盘的X射线光向天文学家发出警报，通知他们黑洞的位置。否则它会在黑暗中潜伏着未知。难以捉摸的物体被归类为中等质量黑洞（IMBH），因为它的质量远小于居住在星系中心的怪物黑洞。因此，IMBH大多是静态的，因为它们吸收的材料不多，并且很难找到。哈勃的观测提供了证据，表明IMBH驻留在密集的星团中。星团本身可能是矮星系的精简核心。图片来源： NASA，ESA和D. Player（STScI）

“中间质量的黑洞非常难以捉摸，因此至关重要的是仔细考虑并排除每个候选人的替代解释。这就是哈勃让我们为候选人所做的事情，”新大学的林大成说。该研究的首席研究员汉普郡。结果发表在2020年3月31日的 《天体物理学杂志快报》上。

这个发现的故事读起来就像夏洛克·福尔摩斯（Sherlock Holmes）的故事，涉及抓捕罪魁祸首所必需的细致的分步案例构建。

林和他的团队利用哈勃望远镜跟踪了NASA钱德拉X射线天文台和欧空局（欧洲航天局）X射线多镜任务（XMM-Newton）的线索。2006年，这些卫星探测到了强大的X射线耀斑，但无法确定它是起源于我们银河系的内部还是外部。研究人员将其归因于一颗恒星过于靠近引力强大的紧凑物体（如黑洞）而被撕裂。

令人惊讶的是，名为3XMM J215022.4?055108的X射线源不在银河系的中心，通常会存在大量黑洞。这引起了人们对IMBH罪魁祸首的希望，但首先必须排除X射线耀斑的另一个可能来源：我们自己的银河系中的中子星，在加热到非常高的温度后会冷却下来。中子星是爆炸星的压碎残余物。

哈勃对准了X射线源，以解决其精确位置。深入的高分辨率成像提供了有力的证据，表明X射线并非来自我们银河系中一个孤立的源，而是来自另一个星系郊区的一个遥远，密集的恒星团中-正是预期会发现这种现象的天文学家IMBH。哈勃（Hubble）先前的研究表明，星系中心的黑洞质量与该宿主星系的中央凸起成比例。换句话说，银河系越大，黑洞就越大。因此，3XMM J215022.4?055108所在的星团可能是下部质量矮星系的剥离核心，该矮星系由于其与当前较大星系主机的紧密相互作用而在重力和潮汐作用下受到干扰。

这张哈勃太空望远镜的影像确定了一个中等质量黑洞的位置，质量是我们太阳质量的50,000倍（使其比星系中心发现的超大质量黑洞小得多）。黑洞名为3XMM J215022.4?055108，由白色圆圈表示。难以捉摸的黑洞类型首先是在恒星被黑洞捕获并摧毁后，由热气体从恒星发出的一连串X射线中识别出来的。哈勃望远镜需要在可见光下精确定位黑洞的位置。哈勃的深层高分辨率影像显示，黑洞位于一个密集的恒星簇中，该恒星簇远远超出了我们的银河系。星团位于图像中心的银河系附近。看起来较小的背景星系似乎散布在图像周围，包括正好位于中心前景星系上方的正面螺旋。这张照片是用哈勃望远镜的高级调查相机拍摄的。

IMBH尤其难以发现，因为它们比超大质量黑洞小且活动性低。它们没有现成的燃料来源，也没有强大的引力来吸引恒星和其他会产生X射线光芒的宇宙材料。天文学家本质上必须在掠过一颗恒星的过程中赤手抓住IMBH。Lin和他的同事们对XMM-Newton数据档案进行了梳理，搜索了成千上万的观测结果，找到了一名IMBH候选人。

切碎的恒星发出的X射线辐射使天文学家能够估计黑洞的质量为50,000太阳质量。基于X射线的光度和光谱形状来估计IMBH的质量。林说：“这比以前对以前的IMBH候选人通常单独使用X射线发光度可靠得多。” “我们之所以能够使用光谱拟合来估算IMBH质量，是因为它的光谱演化表明它一直处于热光谱状态，这是在恒星质量黑洞积聚过程中经常看到和很好理解的状态。”

这个对象并不是第一个被认为是中等质量黑洞的候选对象的对象。2009年，哈勃与NASA的Swift天文台和ESA的XMM-Newton合作，确定了位于银河系ESO 243-49边缘的被称为IMBH（称为HLX-1）。它也位于一颗年轻的蓝色恒星团的中心，这可能是一个被剥夺的矮星系核心。X射线来自黑洞周围的热吸积盘。林说：“主要的区别是我们的天体正在将一颗恒星撕开，提供有力的证据表明它是一个巨大的黑洞，而不是人们经常担心包括HLX-1在内的先前候选者的恒星质量的黑洞。”

找到这个IMBH，为黑暗中潜伏着更多潜伏的可能性打开了大门，等待一颗太近的恒星将其释放。林计划使用他的团队证明成功的方法继续进行细致的侦探工作。许多问题有待回答。IMBH是否会产生超大质量黑洞？IMBH本身如何形成？密集的星团是他们的最爱吗？

哈勃太空望远镜是NASA与ESA（欧洲航天局）之间国际合作的项目。位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所（STScI）进行哈勃科学行动。STScI由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运营

原文地址：今日头条