文：娟娟
作者系网易新闻·网易号“各有态度”签约作者
黑洞，这种连光也无法逃脱的神秘天体，在宇宙中是普遍存在的。天文学家们已经发现了有许多黑洞存在于宇宙的强有力的证据。幸运的是，太阳系中并没有黑洞。天文学家们估计，离地球最近的黑洞大约在300光年之外。
黑洞到底是什么？简而言之，用物理学家基普·索恩教授在科普读物《星际穿越》中的话来说，“它们完全是而且仅仅是由弯曲的时间和弯曲的空间构成的。它们不包含物质，但是却有表面，被称作事件视界，或简称视界。没有东西可以逃离它们，甚至光。这也是它们之所以如此漆黑的原因。黑洞的表面积和质量成正比：质量越大，表面积越大。”
图：黑洞的艺术概念图像。Credit: nasa_gallery / Fotolia
尽管黑洞这个术语直到1967年才被美国普林斯顿大学的物理学家约翰·惠勒提出，但是关于宇宙中存在一种无比致密的天体，以至于光子都无法逃脱的假说却存在了几个世纪。科学家们并不能用那些探测x射线、可见光或其他电磁辐射的望远镜直接观察黑洞，但是，他们可以通过探测黑洞对其附近其他物质的影响，推测黑洞的存在，并进行研究。例如，当黑洞经过一片星际物质时，它就会把这片星际物质吸入其内，这个过程叫做“吸积”（accretion）。同样，如果一个普通的恒星靠近一个黑洞，它也会被强大的引力拉入黑洞的深渊，最后，我们会发现一颗巨大的恒星就这样被一个小小的黑洞吃掉了。随着黑洞吸引物质的加速，其温度也急剧上升，黑洞就会向太空中喷发出大量x射线。
近年来越来越多的天文发现提供了一些非常诱人的证据，表明黑洞会对其附近的物质产生某些戏剧性影响，例如，黑洞会放射出强大的伽马射线爆发，毁灭其附近的恒星；在有些区域，黑洞会诱发一些新恒星的生长，而在另外一些区域，黑洞可能会减缓恒星的生长。
最近几年，科学家几次探测到黑洞合并产生的引力波，更是让越来越多的人了解到黑洞这种极为特别的天体的存在。2016年年初，LIGO项目的科学家向全世界报告了在2015年9月14日，激光干涉仪重力波观测台（LIGO）探测到了两个黑洞相互碰撞与合并时产生的引力波，该引力波信号被标记为“GW150914，根据LIGO获得的数据估算，在该黑洞合并事件的最后时刻，产生的最强烈引力波释放的能量瞬间几乎相当于整个可观测宇宙中所有恒星释放能量总和的10倍。2016年6月，LIGO合作组织又宣布，2015年12月26日，两台引力波探测器又探测到一个引力波信号，和上次的引力波信号相同，这次的引力波也来自两个黑洞的合并。但第一次的信号来自两个稍重黑洞的合并，第二次的信号来自约14亿光年外，两个更常见的、恒星质量黑洞的合并。LIGO第一次探测到的融合后的黑洞质量约为62倍太阳质量，第二次的融合黑洞约为21倍太阳质量。LIGO的第三次探测，被称为GW170104，发生时间是2017年1月4日，和前两次的情况一样，这次探测到的引力波也是两个黑洞合并形成一个更大的黑洞时所产生的。通过合并产生的新黑洞，具有约49倍的太阳质量。
今天带来的有关黑洞的新消息或许又令很多人咋舌，一个由哥伦比亚大学领导的天体物理学家团队发现了十几个黑洞，聚集在银河系中心的超大质量黑洞——人马座A*（Sagittarius A*）的周围。这一新的发现似乎为科学家们更好地理解宇宙开辟出了大量的新机会。
哥伦比亚天体物理学家Chuck Hailey是哥伦比亚天体物理实验室的联合主任，也是该研究的主要作者，他说：”如果你想了解大黑洞与小黑洞相互作用的方式，你就可以通过研究这种分布来学习。”“银河系是我们唯一可以研究超大质量黑洞如何与小黑洞相互作用的唯一星系，因为我们无法看到其他星系中的这种相互作用。”
这项研究发表在4月5日的《自然》杂志上。
二十多年来，研究人员一直在苦苦寻找证据来支持一个理论，即成千上万的黑洞聚集在大型星系中心的超大质量黑洞（SMBHs）周围，但是多年来一直未获得成功。
Hailey说：“在整个银河系里人们已知的黑洞只有五六十个，”“但是在一个6光年宽的区域里应该有1万到2万个这样的东西，”他解释到，人马座A*周围有一个气体尘埃晕，这种环境为大质量恒星的诞生提供了完美的温床，大质量恒星可以在那里产生、死去，然后变成黑洞。另外，这个气晕外部的黑洞，被认为会受到超大质量黑洞的影响，被拉到超大质量黑洞附近，在那里被超大质量黑洞的引力俘获。虽然大多数被困在那里的黑洞仍然是孤立的，某些也会捕获恰巧经过的恒星形成一个黑洞双星系统，研究人员认为，这些孤立的和位于双星系统中的黑洞会在星系中心大量聚集，形成一个密度尖端，随着距离超大质量黑洞越近而变得越拥挤。
为了寻找银心超大质量黑洞附近的小黑洞，Hailey和他的同事认为他们需要寻找更暗淡但更稳定的X射线源。因为当黑洞与低质量恒星共同形成双星系统时，它们会释放较弱的x射线爆发，这种爆发是稳定的并且可探测的。Hailey和同事们转向钱德拉X射线天文台的档案数据来测试他们的技术。他们搜索了活跃状态下的黑洞-低质量恒星双星系统的X射线特征，并在人马座A*周围3光年的范围内找出了12个这样的双星系统。
研究人员随后分析了已确定的双星系统的特性和空间分布，并从他们的观测中推断，人马座A*周围必定存在着300到500个黑洞-低质量恒星双星系统，和大约10000个孤立的黑洞。
相信随着这一重要理论得到验证，有关引力波的研究也会得到很大推进，我们期待新的研究成果出炉。
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