新浪科技訊 北京時(shí)間12月29日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，年復(fù)一年，黑洞研究領(lǐng)域一直在為我們提供一些令人震驚，同時(shí)又異常費(fèi)解的發(fā)現(xiàn)。2021年也不例外。在這一年里，科學(xué)家們又獲得了許多關(guān)于黑洞的新發(fā)現(xiàn)，這些具有巨大引力的神秘天體仍在不斷推進(jìn)我們對(duì)宇宙的理解。

　　旋轉(zhuǎn)速度最快的黑洞

　　即使是研究最深入的黑洞也會(huì)帶來(lái)驚喜。今年2月，物理學(xué)家們修正了對(duì)天鵝座X-1（Cygnus X-1 ）系統(tǒng)中黑洞性質(zhì)的估計(jì)，這也是有史以來(lái)第一個(gè)被證實(shí)存在的黑洞。天鵝座X-1系統(tǒng)的黑洞發(fā)現(xiàn)于近60年前，其質(zhì)量比之前認(rèn)為的要大50%，達(dá)到太陽(yáng)質(zhì)量的21倍。而且，該黑洞的旋轉(zhuǎn)速度非常接近光速，創(chuàng)下了黑洞旋轉(zhuǎn)的新紀(jì)錄。天鵝座X-1距離地球約7200光年，是一個(gè)雙星系統(tǒng)，其另一成員是一顆藍(lán)色超巨星變星，正緩慢地被黑洞吞噬。對(duì)天鵝座X-1系統(tǒng)為研究人員了解這類過(guò)程提供了新的視角。

　　觀測(cè)并模擬面條化的恒星

　　當(dāng)一顆恒星太過(guò)靠近黑洞的邊緣時(shí)，引力會(huì)將它拉扯成長(zhǎng)條狀，然后被黑洞吞噬。這個(gè)過(guò)程稱為“面條化”（spaghettification，又稱“意大利面化”）。當(dāng)恒星物質(zhì)因摩擦而升溫時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生光，從而使天文學(xué)家得以捕捉到這一壯觀的現(xiàn)象。今年5月，研究人員首次發(fā)現(xiàn)一顆恒星被一個(gè)黑洞以這種方式撕碎并吞噬。該黑洞的質(zhì)量是太陽(yáng)的3000萬(wàn)倍，位于一個(gè)距離地球7.5億光年的星系中心。除了獲得有關(guān)“面條化”過(guò)程的重要數(shù)據(jù)外，這些觀測(cè)還幫助科學(xué)家們構(gòu)建了恒星被吞噬的場(chǎng)景。

　　LIGO證明了霍金是對(duì)的

　　今年6月，激光干涉儀引力波天文臺(tái)（LIGO）的研究人員探測(cè)到兩個(gè)巨大黑洞合并成一個(gè)實(shí)體的過(guò)程，并分析了黑洞高速向彼此旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的時(shí)空漣漪——引力波。他們發(fā)現(xiàn)，最終形成的黑洞的表面積比原先兩個(gè)黑洞的表面積加起來(lái)還要大。這些發(fā)現(xiàn)不僅為天文學(xué)家提供了驚人的數(shù)據(jù)，還幫助證明了英國(guó)天體物理學(xué)家斯蒂芬·霍金于1971年提出的一個(gè)猜想——黑洞面積定理。該定理指出，黑洞的表面積永遠(yuǎn)不會(huì)隨著時(shí)間的推移而減少?；艚鹄脨?ài)因斯坦的廣義相對(duì)論和他自己對(duì)熵的理解，推導(dǎo)出了這一定律。盡管新發(fā)現(xiàn)的結(jié)果對(duì)霍金來(lái)說(shuō)是一個(gè)勝利，但卻讓物理學(xué)家們頭疼不已。根據(jù)量子力學(xué)，黑洞應(yīng)該能夠收縮和蒸發(fā)，這一點(diǎn)與霍金的定理并不兼容。如何協(xié)調(diào)二者的矛盾，物理學(xué)家們可能還有很長(zhǎng)的路要走。

　　黑洞和中子星的合并

　　今年6月，LIGO團(tuán)隊(duì)的研究人員充滿信心地宣布，他們第一次探測(cè)到了黑洞與中子星的合并事件。和黑洞一樣，中子星是大質(zhì)量恒星演化末期經(jīng)由引力坍縮發(fā)生超新星爆發(fā)后的潛在結(jié)局之一。盡管LIGO之前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了黑洞-中子星合并的潛在證據(jù)，但直到今年，新探測(cè)到的兩個(gè)信號(hào)才最終證明了這種合并正在發(fā)生。這兩次探測(cè)都發(fā)生在2020年1月，大約相隔10天。第一次探測(cè)的結(jié)果表明，一個(gè)約6倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞正在吞噬一顆1.5倍太陽(yáng)質(zhì)量的中子星；第二次探測(cè)則涉及一個(gè)約9倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞和一個(gè)兩倍太陽(yáng)質(zhì)量的中子星。

　　早期的黑洞會(huì)產(chǎn)生“風(fēng)暴”

　　幾乎每個(gè)已知星系的中心都有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，表明這兩個(gè)宇宙實(shí)體之間存在著緊密的聯(lián)系。然而，科學(xué)家們?nèi)匀徊磺宄诙词侨绾斡绊懰男窍邓拗鞯摹＝衲?月公布的研究結(jié)果顯示，一個(gè)有著130億年歷史的星系——幾乎和宇宙本身一樣古老——正在吹出高速的風(fēng)。這是目前探測(cè)到的最早期星系風(fēng)的例子；當(dāng)超大質(zhì)量黑洞吞噬周圍的氣體和塵埃時(shí)，就會(huì)噴出星系風(fēng)。此外，這些星系風(fēng)以大約180萬(wàn)公里/小時(shí)的速度行進(jìn)，其移動(dòng)速度之快，足以推動(dòng)物質(zhì)遍布整個(gè)星系，并可能吹走星系物質(zhì)，從而阻礙恒星的形成。這項(xiàng)研究表明，星系和它們中心的黑洞有著古老而緊密的聯(lián)系。

　　光回波證明愛(ài)因斯坦是對(duì)的

　　史蒂芬·霍金并不是今年唯一在黑洞理論上獲得成功的人。今年7月，天文學(xué)家捕捉到一些X射線信號(hào)，來(lái)自一個(gè)名為Zwicky的螺旋星系中心的超大質(zhì)量黑洞。該星系距離地球約18億光年。研究人員不僅探測(cè)到了來(lái)自黑洞前部的光，還設(shè)法找出了他們最初無(wú)法確定的奇怪光回波。這些發(fā)現(xiàn)表明，巨大的黑洞引力使時(shí)空結(jié)構(gòu)變得如此之扭曲，以至于光被從黑洞的一邊拉到另一邊。這一過(guò)程正是愛(ài)因斯坦在廣義相對(duì)論中所預(yù)言的，但此前還從未被明確探測(cè)到。

　　外星人可能利用黑洞的能量

　　只要有相關(guān)數(shù)據(jù)的支持，科學(xué)家們就不會(huì)缺少猜想。今年8月，中國(guó)臺(tái)灣的一組天文學(xué)家提出，技術(shù)先進(jìn)的外星人可能會(huì)利用類似戴森球——假想中圍繞恒星的巨型結(jié)構(gòu)——的結(jié)構(gòu)，從黑洞中獲取能量。盡管黑洞通常被認(rèn)為是黑暗的，但當(dāng)它們吞噬周圍的物質(zhì)時(shí)，會(huì)釋放出巨大的能量，這些能量會(huì)使溫度升高，并以光的形式輻射出去。于是，天文學(xué)家們提出了一個(gè)大膽的猜想：外星智慧生命是否會(huì)在黑洞周圍放置一個(gè)軌道平臺(tái)，上面覆蓋著類似太陽(yáng)能板的東西，以吸收黑洞輻射出來(lái)的能量。由于黑洞比恒星小，因此可以使外星人節(jié)省建筑材料，并使其收集到難以置信的巨大能量。

　　游蕩的黑洞可能會(huì)在銀河系“定居”

　　在我們的銀河系外圍，可能潛伏著大約12個(gè)巨大的黑洞。這是今年8月一項(xiàng)新的星系碰撞模擬研究得出的結(jié)論。在諸如星系碰撞這樣的重大宇宙事件中，引力可能會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量為太陽(yáng)數(shù)百萬(wàn)或數(shù)十億倍的超大質(zhì)量黑洞飛出宿主星系，并游蕩到漆黑的宇宙深處。其中一些黑洞可能會(huì)最終定居在銀河系等星系的星系暈中。據(jù)估計(jì)，一個(gè)銀河系大小的星系平均擁有12個(gè)這樣的流浪黑洞。下一步，天文學(xué)家希望找到方法，對(duì)這些迷失的超大質(zhì)量黑洞進(jìn)行探測(cè)，以了解他們的模擬是否準(zhǔn)確。

　　發(fā)現(xiàn)離我們最近的雙黑洞

　　去年12月，研究人員通過(guò)望遠(yuǎn)鏡捕捉到了距離地球最近的雙黑洞的證據(jù)。這個(gè)雙黑洞系統(tǒng)位于水瓶座，距離地球約8900萬(wàn)光年，彼此圍繞著對(duì)方旋轉(zhuǎn)。先前保持記錄的雙黑洞的距離是這一對(duì)黑洞的5倍，這也意味著科學(xué)家有機(jī)會(huì)比之前更詳細(xì)地研究這些系統(tǒng)。這兩個(gè)黑洞的質(zhì)量都很大——較大的擁有近1.54億倍太陽(yáng)質(zhì)量，較小的則是630萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量。它們以1600光年的距離圍繞彼此運(yùn)行，在宇宙尺度中，這點(diǎn)距離微不足道。天文學(xué)家估計(jì)，它們將在2.5億年后合并成一個(gè)巨大的黑洞。

　　一個(gè)對(duì)其星系而言太大的黑洞

　　在一個(gè)距離我們約82萬(wàn)光年的小型星系中，似乎有一個(gè)奇怪的存在。獅子座I（Leo I）是一個(gè)比銀河系小50倍的矮星系，卻擁有一個(gè)大得出奇的黑洞，其質(zhì)量幾乎與銀河系中心的黑洞相當(dāng)。如此巨大的黑洞怎么會(huì)存在于如此小的星系中呢？天文學(xué)家感到十分困惑。美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的天文學(xué)博士研究生María José Bustamante在一份聲明中說(shuō)：“目前還無(wú)法解釋矮橢球星系中的這種黑洞?！边@對(duì)黑洞和星系的演化意味著什么？要準(zhǔn)確地回答這一問(wèn)題，天文學(xué)家們可能還要再等幾年。

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