▲2025年確認(rèn)的首顆孤立黑洞的插圖（FECYT/IAC）
在銀河系浩瀚的星空之中，一顆孤立的黑洞獨(dú)自漂流，沒(méi)有伴侶相隨，僅通過(guò)對(duì)時(shí)空結(jié)構(gòu)的微妙扭曲暴露了它的存在?？茖W(xué)家們首次確認(rèn)了這樣一位宇宙獨(dú)行俠的存在：一顆在銀河系中漫游、沒(méi)有恒星伴侶的黑洞。這一發(fā)現(xiàn)為我們了解這些隱形巨人的神秘生活打開(kāi)了一扇新窗。
2025年4月下旬發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志》（The Astrophysical Journal）的這項(xiàng)突破性研究，通過(guò)精密的觀測(cè)和尖端分析，揭示了這顆黑洞的質(zhì)量約為太陽(yáng)的7.15倍，以每秒51公里的速度穿梭于太空，距離地球約4958光年。這是一個(gè)關(guān)于科學(xué)家如何揭開(kāi)這位隱秘漫游者面紗的故事，以及它對(duì)我們理解宇宙中隱藏黑洞群體的意義。
▲這顆黑洞是首次確認(rèn)的孤立黑洞，沒(méi)有伴星，位于銀河系射手座方向。其發(fā)現(xiàn)為研究銀河系中隱藏的黑洞數(shù)量提供了新視角，研究團(tuán)隊(duì)由凱拉什·薩胡領(lǐng)導(dǎo)，論文發(fā)表于2025年4月20日的《天體物理學(xué)雜志》。
●宇宙?zhèn)商焦适?/strong>
黑洞是出了名的難以探測(cè)。作為大質(zhì)量恒星災(zāi)難性坍縮的產(chǎn)物，它們不發(fā)出任何光線，強(qiáng)大的引力甚至吞噬了最微弱的光芒。傳統(tǒng)上，天文學(xué)家通過(guò)觀察黑洞對(duì)附近物體的影響來(lái)發(fā)現(xiàn)它們。在銀河系中，大多數(shù)已知的黑洞存在于雙星系統(tǒng)中，與一顆可見(jiàn)的恒星共同繞轉(zhuǎn)。恒星因黑洞引力牽引而產(chǎn)生的奇特?cái)[動(dòng)，或是物質(zhì)螺旋落入黑洞時(shí)發(fā)出的光芒，暴露了黑洞的存在。在更遠(yuǎn)的宇宙中，黑洞對(duì)通過(guò)它們相互繞轉(zhuǎn)并合并時(shí)產(chǎn)生的引力波——時(shí)空中的漣漪——被探測(cè)到。
但一顆獨(dú)自旅行的黑洞，沒(méi)有伴侶來(lái)揭示其存在，是一個(gè)更為棘手的獵物。幾十年來(lái)，科學(xué)家們推測(cè)宇宙中可能充滿了這樣的孤立流浪者，它們可能是孤立恒星死亡后形成的，或是被劇烈的恒星爆炸從系統(tǒng)中拋出。然而，捕捉到一顆正在漫游的黑洞需要罕見(jiàn)的宇宙對(duì)齊和觀測(cè)上的巧妙創(chuàng)新。
這顆孤立黑洞通過(guò)一種被稱(chēng)為「引力微透鏡」（gravitational microlensing）的現(xiàn)象暴露了自己。當(dāng)一個(gè)大質(zhì)量物體（如黑洞）從地球和一顆遙遠(yuǎn)恒星之間經(jīng)過(guò)時(shí)，它的引力會(huì)彎曲并放大恒星的光線，短暫地改變其在天空中的視亮度和位置。黑洞仿佛充當(dāng)了一枚宇宙透鏡，將背景恒星的光芒短暫放大。這種效應(yīng)，由愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論所預(yù)言，是探測(cè)那些原本隱形的物體的強(qiáng)大工具。
●獵捕開(kāi)始
這顆孤立黑洞的故事始于2011年，當(dāng)時(shí)兩個(gè)獨(dú)立的巡天項(xiàng)目——光學(xué)引力透鏡實(shí)驗(yàn)（OGLE）和天體物理學(xué)微透鏡觀測(cè)（MOA）——探測(cè)到一個(gè)異常事件。一顆背景恒星的光線被扭曲并放大，暗示有一個(gè)大質(zhì)量的隱形物體從它前方經(jīng)過(guò)。這一信號(hào)令人興奮，但轉(zhuǎn)瞬即逝，需要多年的后續(xù)觀測(cè)才能鎖定罪魁禍?zhǔn)椎纳矸荨?/p>
哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（Hubble Space Telescope）作為人類(lèi)窺探宇宙最強(qiáng)大的工具之一，登場(chǎng)了。在六年時(shí)間里，哈勃進(jìn)行了八次觀測(cè)，捕捉到背景恒星光線和位置的細(xì)微變化?？茖W(xué)家們還結(jié)合了來(lái)自16架地面望遠(yuǎn)鏡的光度測(cè)量數(shù)據(jù)，以及在微透鏡事件高峰期進(jìn)行的譜學(xué)觀測(cè)。這些測(cè)量共同描繪出一個(gè)物體的大致輪廓：質(zhì)量約為太陽(yáng)的7.1倍，不發(fā)出任何自身的光線——這是黑洞的典型特征。
然而，確認(rèn)之路并非一帆風(fēng)順。2022年，另一支團(tuán)隊(duì)分析了更多的哈勃數(shù)據(jù)，提出了不同的解釋。他們精細(xì)化的計(jì)算表明，該物體的質(zhì)量較低，介于1.6到4.4個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之間——這對(duì)于黑洞來(lái)說(shuō)通常太輕，更符合中子星的特征，即質(zhì)量較小恒星死亡后留下的致密殘骸。這一分歧在天文界引發(fā)了激烈爭(zhēng)論，兩支團(tuán)隊(duì)基于相同數(shù)據(jù)得出了截然不同的結(jié)論。
▲這是一幅2.24角秒 × 2.20角秒的WFC3 F814W圖像，展示了2022年最后一次觀測(cè)時(shí)期的OGLE-2011-BLG-0462星場(chǎng)。圖中標(biāo)記了源恒星（Source）和其明亮的鄰星（Bright Neighbor）。一顆微弱的恒星位于鄰星的正南方，但對(duì)源恒星的天體測(cè)量影響很小。綠色空心圓圈表示2011年（E1時(shí)期）恒星位置，紅色空心圓圈表示2022年（E11時(shí)期）位置，顯示恒星在11年間移動(dòng)了約1個(gè)WFC3/UVIS像素（0.040角秒），反映了銀河系核方向恒星的典型運(yùn)動(dòng)。坐標(biāo)軸顯示北（N）和東（E）方向，比例尺為0.4角秒。這圖反映了源恒星和鄰星的相對(duì)位置變化，驗(yàn)證了引力微透鏡效應(yīng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。
●精確定位
為了解決爭(zhēng)議，包括凱拉什·薩胡（Kailash Sahu）在內(nèi)的原研究團(tuán)隊(duì)重返工作。他們擴(kuò)展了分析，新增了三次的哈勃觀測(cè)，時(shí)間跨度總計(jì)11年，并納入了更新的OGLE數(shù)據(jù)。最大的挑戰(zhàn)之一是分離被透鏡效應(yīng)的恒星光線，因?yàn)樗鼛缀醣灰活w極為明亮的鄰近恒星的光芒淹沒(méi)。團(tuán)隊(duì)在每次觀測(cè)中都小心翼翼地扣除了鄰星的光線，同時(shí)考慮了哈勃在繞地軌道上因不同熱環(huán)境引起的觀測(cè)變化。
2025年發(fā)布的結(jié)果明確無(wú)誤。物體的質(zhì)量被精確到7.15個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，穩(wěn)穩(wěn)落入恒星質(zhì)量黑洞的預(yù)期范圍。團(tuán)隊(duì)還搜索了任何可能的伴侶跡象——另一顆恒星、行星，甚至是微弱的褐矮星——可能與該物體共同繞轉(zhuǎn)。他們發(fā)現(xiàn)，在至少2000個(gè)天文單位（一個(gè)天文單位是地球到太陽(yáng)的距離）的范圍內(nèi)，沒(méi)有任何質(zhì)量超過(guò)0.2個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的物體存在。這顆黑洞是真正的獨(dú)行俠，一個(gè)沒(méi)有隨從的宇宙流浪者。
●孤獨(dú)漫游者的畫(huà)像
我們對(duì)這顆孤立黑洞已有什么了解？它是一顆恒星質(zhì)量黑洞，意味著它由大質(zhì)量恒星坍縮形成，不同于銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞或理論上在早期宇宙形成的原初黑洞。其質(zhì)量為太陽(yáng)的7.15倍，屬于由20至40個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的恒星形成的黑洞的典型范圍。它距離地球4958光年，在銀河系的尺度上相對(duì)較近，位于銀河系的旋臂之中。每秒51公里的速度表明它可能被超新星爆炸拋出，獲得了一次宇宙級(jí)的踢出力量，使其脫離了誕生地。
這顆黑洞的孤立性使其與眾不同。與雙星系統(tǒng)中的黑洞不同，它沒(méi)有伴侶通過(guò)引力牽引或發(fā)光的吸積盤(pán)暴露其存在。通過(guò)引力微透鏡探測(cè)到它純屬罕見(jiàn)的運(yùn)氣，需要黑洞幾乎完美地經(jīng)過(guò)一顆遙遠(yuǎn)恒星的前方。這樣的對(duì)齊極為罕見(jiàn)，暗示孤立黑洞可能遠(yuǎn)比我們目前能探測(cè)到的更加普遍。
●對(duì)宇宙普查的啟示
這一發(fā)現(xiàn)是我們理解黑洞的一個(gè)里程碑，但也提醒我們還有多少未知。天文學(xué)家估計(jì)，銀河系可能居住著數(shù)千萬(wàn)顆恒星質(zhì)量黑洞，其中許多是孤立的漫游者，源于大質(zhì)量恒星的死亡。然而，由于它們不發(fā)光且很少與周?chē)h(huán)境互動(dòng)，大多數(shù)黑洞依然隱形。這顆孤立黑洞的確認(rèn)表明，引力微透鏡可能是尋找更多黑洞的關(guān)鍵工具，為這些隱藏物體的普查提供了可能。
這一發(fā)現(xiàn)還引發(fā)了關(guān)于黑洞生活的引人入勝的問(wèn)題。這顆黑洞為何如此孤獨(dú)？它是否生來(lái)孤立，是從未有伴侶的恒星的遺跡？還是它曾是雙星系統(tǒng)的一部分，卻因超新星爆炸或與其他恒星的混亂引力舞蹈被拋入孤立？它的高速暗示著一段暴力的過(guò)去，或許是一次賦予其強(qiáng)大動(dòng)量的超新星爆炸。對(duì)類(lèi)似物體的未來(lái)研究可能有助于解開(kāi)這些謎團(tuán)，揭示塑造黑洞及其銀河系旅程的過(guò)程。
●窺見(jiàn)隱形
這顆孤立黑洞的確認(rèn)彰顯了人類(lèi)智慧與堅(jiān)持的力量。從2011年的初步探測(cè)到2025年的最終分析，這一發(fā)現(xiàn)需要多臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的協(xié)作、多年耐心的觀測(cè)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)分析。它提醒我們，即便是宇宙中最難以捉摸的物體，也能在正確的工具和決心下被揭示。
現(xiàn)在，這位孤獨(dú)的漫游者繼續(xù)在宇宙中默默旅行，是星海中的一顆暗哨。它可能是我們確認(rèn)的首顆孤立黑洞，但幾乎肯定不是最后一顆。隨著天文學(xué)家改進(jìn)技術(shù)并部署新觀測(cè)設(shè)施，比如即將投入使用的維拉·C·魯賓天文臺(tái)（Vera C. Rubin Observatory），他們希望發(fā)現(xiàn)更多這樣的隱形流浪者，逐步拼湊出宇宙隱藏居民的故事。在此之前，這顆黑洞作為發(fā)現(xiàn)的燈塔，一個(gè)短暫向人類(lèi)好奇目光展現(xiàn)自身的孤獨(dú)謎團(tuán)。
●兩張黑洞的面孔
提到黑洞，就不能不提給黑洞拍照。就在科學(xué)家們努力確認(rèn)這顆孤立黑洞的同時(shí)，人類(lèi)在黑洞研究上取得了另一項(xiàng)歷史性突破：通過(guò)事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT），科學(xué)家們兩次成功拍攝到了黑洞的影像。這些壯舉不僅為黑洞的存在提供了直觀的證據(jù)，也為我們理解這些神秘天體提供了新的視角。
第一次黑洞影像發(fā)布于2019年，對(duì)象是位于M87星系中心的超大質(zhì)量黑洞，距離地球約5500萬(wàn)光年。這張模糊卻標(biāo)志性的圖像展示了一個(gè)明亮的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，環(huán)繞著中央的暗影——黑洞的事件視界，即光線無(wú)法逃脫的邊界。這張圖像是全球數(shù)十座射電望遠(yuǎn)鏡協(xié)同工作的成果，通過(guò)甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（VLBI）技術(shù)，將地球上的望遠(yuǎn)鏡陣列合成為一架虛擬的「地球大小」望遠(yuǎn)鏡。M87黑洞的質(zhì)量約為太陽(yáng)的65億倍，其影像的發(fā)布震驚了科學(xué)界，驗(yàn)證了廣義相對(duì)論在極端引力環(huán)境下的預(yù)測(cè)。
2022年，EHT團(tuán)隊(duì)再次創(chuàng)造了歷史，發(fā)布了銀河系中心人馬座A*（Sgr A*）黑洞的影像。這顆超大質(zhì)量黑洞距離地球約2.7萬(wàn)光年，質(zhì)量約為太陽(yáng)的430萬(wàn)倍。拍攝Sgr A的挑戰(zhàn)更大，因?yàn)樗萂87黑洞小得多，且周?chē)臍怏w運(yùn)動(dòng)速度極快，導(dǎo)致影像信號(hào)變化迅速。EHT團(tuán)隊(duì)通過(guò)復(fù)雜的算法和多次觀測(cè)，成功捕捉到了Sgr A*的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，同樣由明亮的吸積盤(pán)和中央暗影組成。這張圖像不僅確認(rèn)了銀河系中心的黑洞存在，還為研究超大質(zhì)量黑洞的形成和演化提供了寶貴數(shù)據(jù)。
與孤立黑洞的微透鏡探測(cè)不同，這兩次影像捕捉的是超大質(zhì)量黑洞的直接輻射特征，依賴(lài)于吸積盤(pán)中熾熱物質(zhì)發(fā)出的射電波。它們與孤立黑洞的發(fā)現(xiàn)相輔相成：影像展示了黑洞的面孔，而微透鏡揭示了隱形黑洞的存在。兩者共同深化了我們對(duì)黑洞多樣性的理解，從銀河系中的恒星質(zhì)量黑洞到遙遠(yuǎn)星系中的超大質(zhì)量巨獸。
關(guān)鍵引文：
The Astrophysical Journal：OGLE-2011-BLG-0462: An Isolated Stellar-mass Black Hole Confirmed Using New HST Astrometry and Updated Photometry
ScienceAlert：First Utterly Alone Black Hole Confirmed Roaming The Cosmos
Daily Galaxy：Astronomers Discover First-Ever Lone Black Hole Drifting Through the Milky Way
TechSpot：There is a solitary black hole wandering near the center of our galaxy, astronomers confirm
Science News：Yes, there really is a black hole on the loose in Sagittarius
IOPscience：An Isolated Stellar-mass Black Hole Detected through Astrometric Microlensing
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