黑洞的一個(gè)關(guān)鍵特征是，它們的引力非常強(qiáng)大，甚至連光都無(wú)法逃脫。這意味著天文學(xué)家們通常通過(guò)它們對(duì)其他天體的引力影響或它們所吞噬的周圍物質(zhì)產(chǎn)生的輻射來(lái)探測(cè)它們。如果沒(méi)有任何附近的天體或吸積物質(zhì)，整個(gè)銀河系可能有數(shù)以億計(jì)的黑洞，而地球上的天文學(xué)家基本上是看不到的。

恒星之間的巨大空間被曾經(jīng)輝煌的恒星的死亡、燒毀和粉碎的殘余物所包圍。這些黑洞不能被直接看到，因?yàn)樗鼈儚?qiáng)烈的引力會(huì)吞噬光線。就像傳說(shuō)中的“幽靈”，它們的存在只能通過(guò)觀察它們?nèi)绾斡绊懼車沫h(huán)境來(lái)推斷。

黑洞的質(zhì)量通常是我們太陽(yáng)的數(shù)倍。如此密集的東西所產(chǎn)生的強(qiáng)大引力扭曲了它周圍的空間結(jié)構(gòu)，就像一個(gè)保齡球在蹦床的表皮上滾動(dòng)。星光在這個(gè)空間引力坑附近經(jīng)過(guò)時(shí)，會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這就是“幽靈”黑洞被發(fā)現(xiàn)的原因。

天文學(xué)家估計(jì)，在我們銀河系的1000億顆恒星中，應(yīng)該有1億個(gè)黑洞在“游蕩”。但是，由于黑洞不發(fā)出自己的光，它們極難被發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)在，天文學(xué)家終于有了明確的證據(jù)，可以在向銀河系中心看到的暴風(fēng)雪般的恒星中“大海撈針地”找到一個(gè)。遠(yuǎn)在黑洞后面的一顆恒星發(fā)出的光被從它前面經(jīng)過(guò)的黑洞瞬間提亮并偏轉(zhuǎn)。這是一個(gè)漫長(zhǎng)而艱苦的測(cè)量過(guò)程，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的精致分辨率很適合于此。黑洞強(qiáng)大的引力在星光的偏轉(zhuǎn)上留下了獨(dú)特的“指紋”，排除了其他潛在的引力透鏡候選者。

我們不需要擔(dān)心，因?yàn)檫@個(gè)黑洞在5000光年之外。但是，從統(tǒng)計(jì)學(xué)上看，這次探測(cè)意味著離地球最近的“游蕩”黑洞可能不超過(guò)80光年。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡確定漫游在我們銀河系的孤立黑洞的質(zhì)量

天文學(xué)家估計(jì)，有1億個(gè)黑洞在我們銀河系的恒星中“游蕩”，但他們從未確切地確定過(guò)一個(gè)孤立的黑洞。經(jīng)過(guò)六年的細(xì)致觀察，美國(guó)宇航局的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡有史以來(lái)第一次提供了直接證據(jù)，證明有一個(gè)孤獨(dú)的黑洞在星際空間漂移，對(duì)這個(gè)“幽靈”天體進(jìn)行了精確的質(zhì)量測(cè)量。到目前為止，所有的黑洞質(zhì)量都是統(tǒng)計(jì)學(xué)上的推斷，或者通過(guò)雙星系統(tǒng)或星系核心中的相互作用來(lái)推斷。恒星質(zhì)量的黑洞通常與伴星一起被發(fā)現(xiàn)，因此這個(gè)黑洞是不尋常的。

這個(gè)新探測(cè)到的“游蕩”黑洞位于5000光年之外，位于我們銀河系的Carina-Sagittarius旋臂。然而，它的發(fā)現(xiàn)使天文學(xué)家能夠估計(jì)，離地球最近的孤立的恒星質(zhì)量的黑洞可能近至80光年。離我們太陽(yáng)系最近的恒星，半人馬座，離我們太陽(yáng)系只有4光年多一點(diǎn)。

游蕩在我們銀河系的黑洞是由罕見的巨星（不到銀河系恒星總數(shù)的千分之一）誕生的，其質(zhì)量至少是我們太陽(yáng)的20倍。這些恒星作為超新星爆炸，殘余的核心被引力擠壓成一個(gè)黑洞。由于自爆不是完全對(duì)稱的，黑洞可能會(huì)受到?jīng)_擊，像一個(gè)被炸毀的炮彈一樣在我們的星系中飛馳。

(資料圖片僅供參考)

望遠(yuǎn)鏡無(wú)法拍攝到失控的黑洞，因?yàn)樗粫?huì)發(fā)出任何光線。然而，黑洞會(huì)扭曲空間，然后偏轉(zhuǎn)并放大來(lái)自任何在它身后瞬間排成一行的星光。

地面望遠(yuǎn)鏡監(jiān)測(cè)著銀河系中央隆起處豐富的星域中數(shù)百萬(wàn)顆恒星的亮度，當(dāng)一個(gè)巨大的天體從我們和恒星之間經(jīng)過(guò)時(shí)，它們中的一顆就會(huì)突然變亮。然后哈勃對(duì)最有趣的此類事件進(jìn)行跟蹤。

兩個(gè)團(tuán)隊(duì)在調(diào)查中使用了哈勃的數(shù)據(jù)--一個(gè)由馬里蘭州巴爾的摩太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的Kailash Sahu領(lǐng)導(dǎo)；另一個(gè)由加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的Casey Lam領(lǐng)導(dǎo)。這兩個(gè)小組的結(jié)果略有不同，但都表明存在著一個(gè)緊湊的天體。

一個(gè)前景天體從位于其身后很遠(yuǎn)的恒星前面經(jīng)過(guò)時(shí)，由于其引力導(dǎo)致的空間扭曲將使背景恒星的光線在經(jīng)過(guò)它的前面時(shí)瞬間彎曲并放大。天文學(xué)家利用這種被稱為引力微透鏡的現(xiàn)象來(lái)研究恒星和系外行星，到目前為止，在我們銀河系內(nèi)看到了大約3萬(wàn)個(gè)事件。

一個(gè)前景黑洞的特征在其他微透鏡事件中顯得很獨(dú)特。黑洞非常強(qiáng)烈的引力將使透鏡事件的持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)到200多天。另外，如果介入的天體是一個(gè)前景星，那么它將導(dǎo)致測(cè)量的星光出現(xiàn)短暫的顏色變化，因?yàn)閬?lái)自前景星和背景星的光將瞬間混合在一起。但是在黑洞事件中沒(méi)有看到顏色變化。

恒星質(zhì)量的黑洞的存在自20世紀(jì)70年代初以來(lái)一直為人所知，但所有的質(zhì)量測(cè)量--直到現(xiàn)在--都是在雙星系統(tǒng)中進(jìn)行的。來(lái)自伴星的氣體落入黑洞，并被加熱到如此高的溫度，從而發(fā)射出X射線。大約有二十多個(gè)黑洞通過(guò)它們對(duì)伴星的引力作用在X射線雙星中測(cè)量了它們的質(zhì)量。質(zhì)量估計(jì)從5到20個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量不等。在其他星系中通過(guò)黑洞和伴星之間的合并產(chǎn)生的引力波探測(cè)到的黑洞已經(jīng)高達(dá)90個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。

Sahu說(shuō)：“對(duì)孤立的黑洞的探測(cè)將為我們銀河系中這些天體的數(shù)量提供新的見解。但這是一個(gè)大海撈針式的搜索。預(yù)測(cè)是，幾百個(gè)微透鏡事件中只有一個(gè)是由孤立的黑洞引起的。”

美國(guó)宇航局即將發(fā)射的南希·格雷斯·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡將發(fā)現(xiàn)幾千個(gè)微透鏡事件，其中許多預(yù)計(jì)是黑洞，并且將以非常高的精度測(cè)量偏轉(zhuǎn)。

在1916年的一篇關(guān)于廣義相對(duì)論的論文中，愛(ài)因斯坦曾預(yù)言，他的理論可以通過(guò)觀察太陽(yáng)的引力抵消背景恒星的明顯位置而得到檢驗(yàn)。在1919年5月29日的一次日食中，由天文學(xué)家亞瑟·愛(ài)丁頓和弗蘭克·戴森領(lǐng)導(dǎo)的合作對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)試。愛(ài)丁頓和他的同事測(cè)量到一顆背景星被偏移了2角秒，驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦的理論。這些科學(xué)家們很難想象，一個(gè)多世紀(jì)后，這種同樣的技術(shù)會(huì)被用來(lái)--以難以想象的千倍精度--尋找整個(gè)銀河系的黑洞。