​天文学家发现首个银河系流浪黑洞

天文学家发现首个银河系流浪黑洞

天文学家发现首个银河系流浪黑洞

（报道）据台北市立天文科学教育馆网站（编译：许晋翊）：银河系就像一件古老的羊毛衣那样，中间应该布满了「黑洞」，根据科学家的估计，应该有多达1000万至10亿个恒星质量的黑洞在银河系中游荡，但有一个最糟的问题就是它们基本上是不可见的，只有在它们路过一些物质或天体时，其重力场改变环境亮度才可间接察觉，一个研究团队首次成功地探测到一个孤独黑洞，它距离地球5200光年。

黑洞的重力场相当强大且极端，它会扭曲任何穿过它的光，所以当一颗遥远恒星或星系的光抵达它附近时，适当的行进方向及角度将使它变得异常明亮，此时科学家见到它就知道这个光是经过了一次重力场放大的结果，这种现象被称为重力透镜效应，而根据其尺度大小，这次的现象则被归类为微重力透镜效应，借此，科学家第一次看到一个流浪黑洞，并且可探测出其质量大小，可能大于中子星，这更加证实了它的黑洞性质。

微重力透镜事件可以对系外行星及恒星分门别类，但这些行星和恒星的质量太低，其亮度变化并不明显，但实际上每年天文学家都能看见数千次的微重力透镜事件，它们中的大多数都是背景恒星亮度的增强，考虑到天空中的恒星数量，这并不奇怪。

监测天空的两项独立科学计划，光学重力透镜实验（OGLE）与天文物理学中的微透镜观测（MOA）分别在2011年6月2日同步记录到了这项事件，并且一直持续观测了相当久，该事件在同年的7月20日达到峰值。这次事件分别被命名为MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462，非常引人注目的是它不仅持续时间异常的长，约270天，而且显示出异常高的亮度变化。直到2017年，哈伯太空望远镜在8个不同的场合对该区域进行观测，有了这些观测资料，研究团队发现最适合这些数据的结果为黑洞，并且透过恒星亮度的强度变化，该黑洞被计算出其质量约为太阳的7.1倍，事件视界应只有42公里宽。

此外，研究团队还算出了该物体的移动速度为每秒45公里，它很可能是前一颗恒星在超新星爆炸时被抛射至太空中的，如果这种不平衡的爆炸发生了，就有机会将恒星坍缩的核甩到太空中，我们以前也曾经见过类似的状况，白矮星LP 40-365及中子星PSR J0002+6216就是两个例子。

在2019年的研究中提到，银河系周围可能有数百万个「自然踢出」的黑洞，而探查到的这个黑洞如果就是其中之一，那么这些天体可能在银河系中高速流浪，藉由灵敏的X射线望远镜来确定周围的星际介质中是否正在从中吸收任何物质，一旦发现该类黑洞群体，我们可能就有更多的观察样本及新的发现，本研究已提交至《天文物理学期刊》，其预印本可于arXiv上查阅。

相关报道：60多个科研机构追踪10年 “流浪黑洞”终因引力透镜露出马脚

（报道）据量子位：十年磨一剑，天文学家终于发现了首个在太空中“流浪”的孤立黑洞。这两天，Nautre 刊登了该消息，在天文界引发不少关注，此项目历经 10 年，背后 60 多个科研机构参与，目标黑洞就藏在下面图片中：

看完图，你发现黑洞在哪了么？

在 2011 年 8 月 8 日的照片中，左边的恒星突然变得很亮，之后就变暗了，而且后来一直没再变过。没错，在箭头所指的位置，就藏着一颗黑洞。也许你会好奇，既然叫黑洞，为什么在照片里反而会变亮呢？此外，这个“孤立黑洞”又是个什么？这就不得不提到黑洞的一个神奇效应了。

引力透镜锁定黑洞

一般情况下，黑洞是看不到的，因为光线无法摆脱黑洞的引力。所以科研人员一般通过它和其他天体的相互作用来推断某处存在黑洞。问题是，孤立黑洞周围没有相互作用的天体，只能在宇宙中流浪，因此很难推断它的位置。不过，黑洞神奇的效应这次帮了大忙：在距离黑洞稍远的位置，途经的两侧光线会被引力场弯折而汇聚起来。这种类似凸透镜汇聚太阳光一样的现象就被称为引力透镜。

从模拟动画中来看，当黑洞经过明亮的背景时，背景中的天体会暂时产生扭曲、增亮、位置变化的观感。不过其中的位置偏差非常小，仅相当于在纽约观测洛杉矶的一枚硬币的宽度。而当孤立黑洞飘走之后，背景中的恒星或者星系又会复原回原来的亮度和位置。

这和开头展现的恒星亮度变化过程非常类似。其实在此之前，也已有多次发现引力透镜现象的记录。例如哈勃望远镜在 2000 年拍到的下图中的两个紧挨的亮点，就是记录之一。

只不过这里的引力透镜效应没有增加亮度，而是呈现出一个恒星“分裂”成两个的假象。

但是即使观测到很多引力透镜现象，也不能轻易下结论。毕竟还有其他的高质量天体（不一定是黑洞）也能引发类似的效果。于是，来自巴尔的摩太空望远镜科学研究所的 Kailash Sahu 以及其他团队成员又逐步排除了潜在的因素。并根据引力透镜现象持续的时长和其他数据，最终判断出这确实是一个孤立黑洞。其质量约为太阳质量的 7.1 倍，距地球 5150 光年。相关成果预印本也已经发布在 arXiv 上。

还有一个疑点

除了这个孤立黑洞的质量和距离，科研人员还判断出了它相对于我们横向移动的速度，约为 45km / s。而这就显得有点异常了。因为它附近的一些恒星移动速度都在 10-30km / s 这个范围。这表明这个黑洞在诞生之初，也就是超新星爆发时可能受到了一股冲击，像是被一脚“踢”了出去。这个意外收获可能会让我们对超新星和黑洞诞生的有新的理解。

不过其他科研人员对此也有不同的看法。莫纳什大学的天文学家 Ilya Mandel 就表示，毕竟计算出的黑洞速度只是它沿一个方向的分速度，不能说其合速度一定是“超速”的。不过先撇开这些问题上的争论，这项研究确实在很大程度上鼓舞了天文学家，而前方还有三个疑似黑洞的天体等待确认。

随着这些问题的尘埃落定，我们也将逐渐揭示孤立黑洞的起源和普遍性。

参考链接：

https://www.nature.com/articles/d41586-022-00346-6

https://hubblesite.org/contents/news-releases/2000/news-2000-03.html

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