“流氓黑洞”可能既不是“流氓”，也不是“黑洞”

当一颗质量为太阳 20 倍的恒星死亡时，它会爆发出超新星，然后挤压成致密的黑洞（借助引力）。但这种爆炸从来都不是完全对称的，所以有时，由此产生的黑洞会冲向太空。这些游荡的物体通常被称为“流氓黑洞”，因为它们自由漂浮，不受其他天体的束缚。

但加州大学伯克利分校天文学副教授杰西卡·卢表示，这个名字可能有点“用词不当”。她更喜欢用“自由漂浮”这个词来形容这些黑洞。她说，“流浪者”这个词暗示这些流浪者很罕见或不寻常——或者不怀好意。

事实并非如此。天文学家估计，银河系中存在多达 1 亿个这样的黑洞。但由于它们很孤独，因此很难找到。直到最近，人们才通过理论和计算了解这些所谓的流浪黑洞。

“可以这么说，它们就像幽灵一样，”卢说，她的使命是寻找银河系的自由漂浮黑洞。

[相关：我们仍然对黑洞悖论的一个关键问题一无所知]

今年早些时候，两支太空研究团队分别发现了可能就是这些游荡黑洞之一的物体。其中一个团队由卢实验室的研究生凯西·拉姆 (Casey Lam) 领导。另一个团队由太空望远镜科学研究所的天文学家凯拉什·C·萨胡 (Kailash C. Sahu) 领导。两个团队都将论文发布在开放获取网站上，未经专家审查。

科学家们将于 10 月从哈勃太空望远镜获取更多数据，卢说这些数据应该有助于“解开这是一个黑洞还是中子星的谜团”。她指出：“关于恒星如何死亡以及它们留下的幽灵残骸，仍然存在很多不确定性。”当质量远大于太阳的恒星耗尽核燃料时，它们被认为会坍缩成黑洞或中子星。“但我们不知道哪些恒星死亡后会变成中子星，哪些会死亡后变成黑洞，”卢补充道。“我们不知道黑洞何时诞生，恒星何时死亡，是否会发生剧烈的超新星爆炸？还是它直接坍缩成黑洞，可能只是打个嗝？”

星尘构成了我们所知的世界上的一切都，因此了解星星的来世是了解我们自己如何诞生的关键。

如何发现松散的黑洞

黑洞本质上是不可见的。它们会捕获遇到的所有光线，因此人眼无法感知。因此天文学家必须发挥创造力才能探测到这些致密、黑暗的物体。

通常，他们会寻找气体、尘埃、恒星和其他物质中的异常，这些异常可能是由黑洞的强大引力引起的。如果黑洞正在从另一个天体上撕裂物质，则围绕黑洞的碎片盘可能会清晰可见。（这就是天文学家在 2019 年拍摄第一张黑洞直接图像以及今年早些时候拍摄银河系中心黑洞图像的方式。）

但如果黑洞没有利用其引力造成混乱，几乎就无法探测到任何东西。这些移动黑洞通常都是这种情况。因此，像 Lu 这样的天文学家使用了另一种称为天体测量或引力微透镜的技术。

“我们所做的就是等待其中一个自由漂浮的黑洞和背景恒星偶然对齐，”卢解释道。“当两者对齐时，背景恒星发出的光会受到黑洞引力的扭曲。它显示为恒星变亮（在天文数据中）。这也使它在天空中稍微移动一下，可以说是稍微摆动一下。”

背景恒星实际上并没有移动——相反，当黑洞或其他致密物体从它前面经过时，它似乎偏离了轨道。根据爱因斯坦的广义相对论，这是因为黑洞的引力扭曲了时空结构，从而改变了星光。

天文学家利用微透镜研究宇宙中各种暂时现象，从超新星到绕恒星运行的系外行星。但使用地面望远镜进行研究比较困难，因为地球大气层会使图像模糊。

“在天体测量学中，你需要非常精确地测量某个物体的位置，并且需要非常清晰的图像，”卢解释说。因此，天文学家依靠太空中的望远镜，如哈勃望远镜，以及一些地面仪器，这些仪器拥有复杂的系统来适应大气干扰。“世界上实际上只有三家设施可以进行这种天体测量，”卢说。“我们正在利用当今技术所能达到的最前沿进行工作。”

第一个流氓黑洞？

正是那次增亮，或者用 Lu 的话来说，是一次“引力透镜事件”，她和 Sahu 的团队在 2011 年哈勃太空望远镜的数据中发现了这一现象。他们推测，一定有什么东西从那颗恒星前面经过。

要弄清恒星光线抖动和强度变化的原因，需要进行两项测量：亮度和位置。天文学家会随着时间的推移观察天空中的同一点，以观察当物体经过恒星前方时光线如何变化。这为他们提供了计算该物体质量所需的数据，进而确定它是黑洞还是中子星。

“我们知道形成透镜效应的物体很重。我们知道它比典型的恒星重。我们知道它很暗，”卢指出。“但我们仍然不太确定它到底有多重，有多暗。”如果它只有一点点重，比如说，是太阳质量的 1.5 倍，那么它实际上可能是一颗中子星。但如果它的质量是太阳的 3 到 10 倍，那么它就是一个黑洞，卢解释说。

当两个团队收集 2011 年至 2017 年的数据时，他们的分析显示，该致密天体的质量明显不同。萨胡的团队确定，这个漫游天体的质量是太阳的七倍，这将使它完全处于黑洞范围内。但拉姆和卢的团队计算出它的质量较小，介于 1.6 到 4.4 个太阳质量之间，这涵盖了两种可能性。

[相关：黑洞可以吞噬整个中子星]

天文学家无法确定哪种计算是正确的，除非他们有机会知道背景恒星通常有多亮，以及当没有东西从它前面经过时它在天空中的位置。在注意到这颗恒星异常的亮度和摆动之前，他们并没有关注这颗恒星，所以他们现在才有机会在透镜效应消退后进行这些基线观测，卢解释说。这些观测结果将来自秋季的新哈勃数据。

他们所知道的是，这个物体位于银河系的船底座-人马座螺旋臂中，目前距离地球约 5,000 光年。卢说，这一发现还表明，距离地球最近的游荡黑洞可能距离地球不到 100 光年。但这并不是担心的理由。

“黑洞就像是一股消耗品。如果你离黑洞足够近，它们就会吞噬你，”卢指出。“但你必须离得非常近，比我们通常想象的要近得多。”黑洞周围的边界标志着光仍能逃脱其引力的界限，被称为事件视界，其半径通常不到 20 英里。

一个游荡黑洞穿过我们的天体邻居并扰乱地球上的生命的可能性“小得可怜”，卢说。“那是一个城市的大小。所以一个黑洞可以经过太阳系，我们几乎不会注意到。”

但她没有排除这种可能。“我是一名科学家，”她说。“我不能说没有可能。”

卢说，无论第一批团队探测到的是游动黑洞还是中子星，“这两篇论文所展示的真正革命性在于，我们现在可以结合亮度和位置测量来找到这些黑洞。”这为发现更多捕捉光线的游动天体打开了大门，尤其是随着新望远镜投入使用，包括目前正在智利建设的维拉·C·鲁宾天文台和计划于本世纪晚些时候发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜。

在卢看来，“我们银河系黑洞研究的下一章已经开始了。”