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1916年，德國天文學家史瓦西通過愛因斯坦的引力場方程，計算出了一個真空解。這個解如此離奇，以至於未來一百年的時間，人類都在為這個解而著迷。 這個解，就是黑洞。 黑洞的分類 我們已經知道，黑洞擁有著絕對的引力。任何進入視界範圍的物質，都永遠不可能再離開黑洞。無論吸收多少物質，黑洞都能把它們完全壓縮到一個一維的點內，這個點就是奇點。也就是說，無論吸收多少物質，黑洞的奇點不會變，只有視界範圍會改變。因此，用直徑來形容黑洞，無法探究到它的本質。唯有質量，才能從根本上描述黑洞。 可就是在利用質量來描述黑洞時，科學家發現了問題。 ... 通常來說，我們認為黑洞來自於大質量恆星的死亡。在發生超新星爆發後，內核坍縮，變成了黑洞。這種黑洞，我們叫做恆星級黑洞。 目前我們發現的最大質量恆星是R136a1，質量大約是太陽的256 ~ 315倍之間。而它的內核，也只占了一部分。因此，按照恆星死亡產生黑洞的理論來說，其質量超過太陽3倍是沒問題的（這是黑洞的質量下限），不過最大也只有太陽質量的幾十倍。 可是，當我們把望遠鏡對準宇宙的時候，卻發現了奇怪的現象。恆星級黑洞確實存在，符合了理論。但是宇宙中還有大量的超大質量黑洞。它們的質量動輒是太陽的幾百萬倍，甚至最大的已經有太陽質量的660億倍！ 黑洞缺失的一環 更詭異的是，在恆星級黑洞和超大質量黑洞之間，竟然有一個巨大的斷檔，就像進化論缺失的一環。我們發現了大量的恆星級黑洞，也記錄了許多超大質量黑洞，但是卻幾乎從未發現過質量在太陽100倍到100萬倍之間的黑洞！ ... 我經常用下面這個比喻來形容這件事的詭異之處：這就類似於你走在大街上，發現街上要麼是體重不到100斤的人，其餘的全都是300斤以上的大胖子，完全找不到100-300斤之間的人。 見了鬼了。 你說，300斤的胖子是哪來的呢？總不能duang一下就出來吧？按照我們的理解，他們總該是從100斤養到300斤的。怎麼，一頓飯吃200斤，瞬間養成？顯然不可能。所以，只要是養起來的，那總該有個過渡期啊。 同樣的道理，超大質量黑洞到底是怎麼來的呢？它們到底是不是恆星級黑洞成長起來的呢？如果是，那二者之間的中等質量黑洞去哪了呢？有人說，超大質量黑洞可能不是恆星級黑洞長成的。可是，這也不能說明中等質量黑洞不存在的原因，因為這不妨礙恆星級黑洞的繼續成長。只要繼續成長，總有一天會變成中等質量黑洞。 ... 因此，找這些「200斤的胖子」，就成了科學家們的重點工作之一。他們把望遠鏡對準了宇宙，在茫茫宇宙中，像大海撈針一樣，尋找中等質量黑洞。 中等質量黑洞發現史 2006年，研究人員在觀測宇宙時，發現了一個詭異的X射線源——3XMM J215022.4-055108。這個X射線源的能量太高，超出了普通黑洞的能力，所以顯然不是恆星級黑洞。而從位置上看，它們又並不是像通常的超大質量黑洞一樣處於星系的核心。 對於這個發現，科學家非常興奮，他們認為這很有可能是人們一直在尋找的目標——傳說中的中等質量黑洞。於是，他們把最先進的望遠鏡對準了它。 一個不行，就兩個一起找，兩個不夠，就三個一起上。 於是就有了世界上最牛的三臺望遠鏡的強強聯合，構成了人類太空望遠鏡的「三叉戟」。這三臺望遠鏡分別是著名的哈勃太空望遠鏡、錢德拉X射線望遠鏡，以及XMM-牛頓衛星。很多人不太了解最後一個望遠鏡，前不久我們剛剛發布過XMM-牛頓衛星拍攝到黑洞IRAS 13224–3809的動圖，也就是下面這張： ... 那麼，三臺望遠鏡是怎麼合作的呢？ 太空「三叉戟」 首先，科學家利用哈勃太空望遠鏡精確定位了它的位置，確定了它並不是位於銀河系內，而是在一個遙遠河外星系的恆星團內——這正是科學家認為中等質量黑洞最有可能出現的地方。 接下來的工作，就要交給錢德拉和XMM-牛頓了。為什麼呢？我們說過，哈勃太空望遠鏡的最大短板，就是只能觀測可見，而黑洞可以吸收掉附近的一切可見光，所以至此，就不是哈勃的工作了。而物質在被黑洞吞噬的時候，會釋放出X射線。正所謂滷水點豆腐，一物降一物，錢德拉和XMM-牛頓都是X射線望遠鏡，通過捕獲這些X射線，就可以對它進行深入研究。 ... 巧的是，它的周圍恰好又有一顆恆星，成為了它新的獵物。恆星的物質在它強大的引力下，像瀑布的落水一樣落入黑洞的視界範圍內，釋放出強大的X射線。就像利用落水的拋物線可以計算重力等數據一樣，恆星物質落入黑洞的數據讓科學家可以很好地推測黑洞的質量。 結果顯示，3XMM J215022.4-055108 的質量大約是太陽的50000倍——一顆完美的中等質量黑洞！黑洞缺失的一環，終於被填上了！ 其他中等質量黑洞 實際上，這並不是人類發現的第一個中等質量黑洞。 早在2003年的時候，XMM-牛頓衛星就發現了一個X射線源——NGC 1313 X-1。當時科學家推測，它是一個質量為太陽質量5000±1000倍的中等質量黑洞。不過，直到現在，他們還沒確定它的真實身份。 ​2009年，研究人員在約2.9億光年以外的ESO 243-49星系邊緣附近觀測到了另一個X射線源——HLX-1。同樣的，科學家也推測它是一顆中等質量黑洞，質量在太陽的500-20000倍之間。 ... 不過，相對比較可靠的中等質量黑洞的發現，是去年年初的時候。 日本國立天文臺的天文學家竹川俊也在銀河系的中心，發現了極有可能是中等質量黑洞的天體。這是一團詭異的氣體雲，距離銀河系中心的超大質量黑洞——人馬座A*僅有20光年。這團氣體雲的運動方式非常詭異，像是在圍繞什麼在運動。根據它的運動規律，可以推測其圍繞的天體質量超過太陽的30000倍。這麼小的範圍內有這麼大的質量，恐怕也只有黑洞能夠做到，如果這個推測不錯，那它的質量顯然就是中等質量黑洞。 未來的研究 而我們今天說的這一次，可靠性遠超過前面三次，基本可以確定它的身份。 負責這次研究的科學家——美國新罕布夏大學的林大成(Dacheng Lin，音譯)表示，以往推測黑洞的質量，都是通過黑洞的光度來粗略估算，所以誤差可能會比較大——可以看到，前兩次對質量的推測，誤差範圍大得一逼。而這一次的方法相對比較直接，因此數據也更精確一些。 ... 更重要的是，這次發現為科學家打開了一扇大門，讓本來難以尋找的中等質量黑洞更容易被發現。只有發現得更多，我們才能對它有更多的了解，才能更好地了解黑洞的演化。 畢竟，即使中等質量黑洞已經被發現，我們仍然沒有完全確定超大質量黑洞是怎麼形成的。它們到底是通過恆星級黑洞成長而來的，還是有獨特的出生方式，仍然懸而未決。 就像先賢說的一樣，知識越豐富，不會讓我們覺得自己越睿智，反而會讓我們越感到自己的無知。隨著黑洞的秘密越來越多被發現，幾乎可以確定越來越多的新的謎題會呈現在我們面前。人類對於黑洞探索的終點到底在哪，誰也不知道…… 茫茫人海，相遇不易，如果你對科學感興趣，請關注我，我們不要走散，好嗎？ 相關文章：人類歷史上第一張黑洞動圖來了~歐洲天文臺利用最新設備繪製

 

 

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