哈勃太空望远镜重大突破:首次发现一个“无形黑洞”

新浪科技 2022/2/16 9:48:26 责编:远洋

北京时间 2 月 16 日消息,据国外媒体报道,由于存在发光物质,天文学家在 2019 年拍摄到有史以来第一张黑洞存在的直接图像,但是很多黑洞实际上几乎不可能被探测到。目前,一支研究团队利用哈勃太空望远镜获得一项新发现 —— 一个几乎无形的黑洞!

黑洞是大型恒星死亡和恒星核心坍缩后的产物,其密度异常高,引力很大,以至于包括光在内的任何物质都无法快速逃离黑洞。天文学家热衷于研究黑洞,因为黑洞可以揭晓恒星是如何死亡的,通过测量黑洞的质量,我们可以了解恒星的最后时刻发生了什么,那时恒星核心正在坍塌,外层正在剥离。

从定义上看,黑洞似乎是无形的,毕竟它们因其捕获光的能力而得名。但由于它们的强大引力,我们仍然可以通过黑洞与其他物质的相互作用来探测它们,目前使用该方法已经探测到数百个小型黑洞。

探测黑洞有两种不同的方法,对于“X 射线双星”,一颗恒星和一个黑洞环绕一个共享中心运行,期间产生 X 射线,黑洞引力场能从伴星中吸食物质,这些伴星逸出物质将环绕黑洞旋转,在旋转中由于不断摩擦而逐渐升温,当它们被吸入黑洞并消失之前,炽热的物质在 X 射线中发出明亮光芒,从而可观测到黑洞的存在;人们还能探测到双黑洞的存在,当两个黑洞处于合并状态时,将螺旋向内运动,并释放出短暂的引力波闪光,这就是时空涟漪。

事实上,宇宙有许多在空间中漂移而不与任何物质发生作用的流浪黑洞,这使得它们很难被探测到,这是一个棘手的问题,因为如果我们不能探测到孤立的黑洞,那么我们就无法了解到黑洞是如何形成的。

为了发现这样无形的黑洞,一支科学家团队将现有的两种黑洞观测方法结合起来,经过多年研究探索,他们发现了寻找黑洞的一种新方法!

爱因斯坦的广义相对论认为,大质量物体会使经过它们的光线弯曲,这意味着任何经过无形黑洞的光线(但未接近或最终进入黑洞),都会像通过透镜的光线一样发生扭曲,该现象被称为引力透镜效应。当前景物体与背景物体对齐时,就会出现引力透镜效应,使经过它们的光线发生扭曲,该方法已被用于研究从星系团、行星等一切宇宙事物。

该研究报告作者结合了两种类型引力透镜观测法来寻找黑洞,起初他们发现遥远恒星释放的光线会突然放大,短暂地会让它看起来更加明亮,然后再恢复正常。但是他们看不到任何通过引力透镜作用产生放大效应的前景物体,这表明该物体可能是一个孤立的黑洞,此前从未被发现过,但同时也潜在一个问题 —— 它可能仅是一颗光线微弱的恒星。

弄清楚它是一个黑洞还是一颗光线微弱的恒星,这需要花费天文学家大量的时间和精力,第二种引力透镜观测法就是基于该原理,研究人员观测分析哈勃太空望远镜连续 6 年对某恒星数次拍摄图像,测量某恒星在光线偏转时的运动距离,从而确定它是黑洞还是光线微弱的恒星。

最终这些方法能够计算产生透镜效应的物体质量和距离,他们发现一个神秘天体的质量大约是太阳质量的 7 倍,距离地球大约 5000 光年,这听起来似乎很遥远,但实际上很近。如果是该等级的恒星,我们应该能探测到,由于我们无法直接观测以它,从而断定它一定是一个孤立的黑洞。

使用哈勃太空望远镜进行此次观测并不容易,研究人员很难利用望远镜持续观测某天体,因此通过该方法找到更多无形黑洞并不乐观。幸运的是,我们正处于天文学革命的开端,这要归功于新一代天文勘测设备,包括:当前正在进行的“盖亚”天体测量项目,以及即将到来的维拉・鲁宾天文台和南希・格雷斯罗马太空望远镜,所有这些设备都将以前所未有的精度对宇宙空间进行重复、持续性测量。

该勘测方法对于天文学领域具有积极意义,但对于如此多有规律、高精度空间测量,将使我们能够在非常短的时间尺度上研究大量变化的天体目标。下步我们将研究各种各样的天体,例如:小行星、被称为超新星的爆炸恒星,以及独特方式环绕其他恒星的行星。

目前我们发现了第一个无形黑洞,这意味着我们可能很快就会发现更多黑洞,将填补我们对恒星死亡和黑洞形成的理解空缺。

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关键词:哈勃黑洞太空望远镜

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