天文学家可能发现了令人惊讶的难以捉摸的中型黑洞

随着天文学家继续评估宇宙中的黑洞，他们越来越明显地发现他们忽略了一些重要的东西。宇宙的死角有两种尺寸，一种是小的，一种是大得不可思议的，中间有一个明显的空隙。

研究人员主要通过双星碰撞时发出的时空涟漪来统计质量微小的“恒星质量”黑洞，这些黑洞的质量是太阳质量的数十倍。这些黑洞是恒星死亡并爆炸为超新星后留下的墓碑。

天文学家们也不能忽视天体另一端的“超大质量”黑洞。这些庞然大物锚定了整个星系，将数百万到数十亿个太阳的质量聚集在一个与我们的太阳系大小相当的区域内。它们还喷射出无可置疑的能量射流，这是宇宙中最耀眼的亮点之一。

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许多研究人员认为，第三组黑洞必须填补这个空缺：所谓的“中等质量”黑洞，其质量在数千至数十万个太阳质量范围内。虽然这些庞大的黑洞足够大，可以合并形成超大质量黑洞，但几乎无法探测到。它们的合并不会扰乱当前的引力波观测站，也不会产生炽热的喷流。天文学家在奇怪的 X 射线耀斑中发现了一些迹象，但尚无定论。

现在，三位澳大利亚研究人员可能已经找到了一种方法来最终解决这些宇宙幻影。如果他们是对的，那么天文学家几十年来在不知不觉中就掌握了关键证据。通过搜索 20 世纪 90 年代美国宇航局的一份旧高能耀斑目录，该团队发现了一个有趣的信号，即奇怪的伽马射线双闪光，这表明中间黑洞不仅真实存在，而且很常见。

“这些数据已经在那里保存了很长时间，”这项研究的共同作者、墨尔本大学天体物理学负责人雷切尔·韦伯斯特 (Rachel Webster) 说。

视力模糊

韦伯斯特已经思考这种观察不可见之物的方法 30 年了。当时，天文学界最大的谜团是伽马射线爆发——一种难以想象的强大高能光爆发。没有人知道是什么原因造成的，但爆发似乎来自四面八方。韦伯斯特和一位同事在 1992 年推断，如果它们是来自宇宙另一端的灯塔，也许天文学家可以利用它们来探测中间的黑暗。

这个想法是为了寻找惯犯。天文学家现在知道伽马射线爆发来自灾难性的恒星爆炸和中子星碰撞，这是一种混乱的事件。没有两个完全相同的事件。但如果一些物质团——比如说，一个中等质量的黑洞——在射线穿越宇宙时干扰了它们，它可能会开一个宇宙恶作剧。它的引力可能会让一些射线绕道而行。这束光可能会晚点到达地球，天文学家将看到两个相同的闪光。

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当韦伯斯特的研究生詹姆斯·佩恩特编写软件来筛选美国宇航局康普顿伽马射线天文台在 20 世纪 90 年代收集的 2,700 次伽马射线爆发数据库时，一对爆发突然出现。20 多年前，该卫星看到了一次闪光。几秒钟后，它再次看到了同样的爆发。2.7 秒的延迟意味着一些伽马射线遇到了障碍——一个重量为 55,000 个太阳的隐形物体。

佩恩特将他的候选人带到了韦伯斯特，但她不想抱太大希望。她建议他进行信号压力测试。“我说，‘别太激动。我们需要更高的门槛，’”她回忆道。

佩恩特花了数月时间学习和实施一种先进的统计技术，该技术最近因引力波探测器而在天文学中流行起来，研究人员必须仔细区分看似相似的信号。利用这种“贝叶斯”分析，佩恩特计算出两次爆发来自同一事件的概率为 99.4%。“到最后，”韦伯斯特说，“我非常确信这一点。”

中等质量黑洞并不是唯一的解释。其他黑暗且巨大的物体也可能延迟了伽马射线的发射，例如星团或暗物质斑块。但这样的星团很少见，而汹涌的暗物质云往往会以不同的方式弯曲光线。因此，该团队认为，中等质量黑洞是最有可能的罪魁祸首。他们于周一在《自然天文学》杂志上发表了他们的研究结果。

人群中的一员

研究小组包括莫纳什大学天体物理学家埃里克·瑟兰，他们从这次事件中提取了所有可能的信息。其他关于中等质量黑洞的传闻增强了人们对传说中的物体存在的信心，但识别双伽马射线爆发是研究整个群体的首要方法。

韦伯斯特说：“我们发现的真正意义不仅在于我们可以估计它们的质量，而且我们还可以估算它们的空间密度。”

研究小组在数千个双闪光中只看到了一个，这一事实说明了问题。中等黑洞（或类似大小的暗物体）并不多见，否则佩恩特会发现一大堆。它们也不是极其罕见的，因为他不必在百万次爆发中寻找。千分之一的概率表明，一个直径为 300 万光年的立方体应该包含 2,000 多个中等黑洞。研究人员估计，我们的银河系可能拥有大约 45,000 个这样的大黑洞。

如果他们是对的，这次发现可能只是黑暗冰山的一角。接下来，韦伯斯特计划“快速浏览”其他包含数千个未分析伽马射线爆发的库存，这应该足以在黑暗中找到另一对闪光。

“这真的会让人大吃一惊，”韦伯斯特说。“你总能想出办法摆脱一个困境。但想出两个办法就比较难了。”