天文学家发现首个“流浪黑洞”!60 多个科研机构追踪 10 年,其终因引力透镜露出马脚

量子位 2022/2/10 14:13:57 责编:潇公子

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,Nature 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。

△图源:Nature

从模拟动画中来看(如下图),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。

△图源:NASA

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:

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

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

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关键词:黑洞恒星天文

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