该图显示了一个黑洞在其上方和下方发射快速移动的等离子体射流，物质在轨道盘中旋转。图源：美国宇航局戈达德太空飞行中心。

研究黑洞的科学家可以放心，他们研究的领域将年复一年地诞生令人惊奇、同时令人费解的新发现。不出所料，2021年，人们对这些奇怪的“引力野兽”有了许多新发现。

高速旋转的黑洞

即使是被研究得最好的黑洞也会产生新的惊喜。在二月，物理学家修订了他们对位于天鹅座X-1星系中心的宇宙怪物的属性估计，这恰好也是第一个被证实存在的黑洞。这个黑洞最初被发现于60年前，2021年科学家发现，天鹅座X-1黑洞的质量比先前所想的多50%，这将是太阳质量的21倍。它旋转的速度非常接近光速，创造了黑洞自转速度的新纪录。这个天鹅座X-1里的黑洞位于7200光年外，并且它在缓慢地吞噬一个蓝超巨星伴星，这给研究者关于这一过程带来了新的理解。

“意大利面化”的恒星

当一颗恒星漫步到黑洞边缘，它会被引力拉成一股股的线，然后被吸入黑洞的嘴里。这个过程被称为“拉面效应”，恒星物质通过摩擦升温并发光，这让天文学家们有机会在它的光芒里捕捉到这种可怕的行为。在五月，研究者们第一次捕捉到一颗恒星以这种方式被一个位于银河系中心距离地球7.5亿光年的质量是太阳的3000万倍的黑洞撕碎和吞噬。除了收集关于拉面效应的重要数据，天文台们帮助科学家创造了难以置信的可视化恒星摄取途径。

激光干涉引力波天文台（LIGO）证明霍金的猜想是正确的

电脑模拟出了两个黑洞相互螺旋时发出的引力波。（图源：C. Henze/NASA Ames Research Center）

六月，研究者们用激光干涉引力波天文台观测到两个巨大的黑洞合并为一个整体，并分析了黑洞在围绕对方高速旋转时产生的时空结构中的涟漪――引力波。他们发现，最终合成的黑洞比原来的两个黑洞的总和还要大。除了提供惊人的数据外，这些发现还有助于证明英国物理学家史蒂芬・霍金提出的被称为“黑洞面积定理”的猜想。霍金在该定理中指出，黑洞的表面积是不可能随着时间推移而减小的。这是霍金根据爱因斯坦的广义相对论和他对熵的理解得出的定律。虽然这个结果宣告了霍金的胜利，但它也让物理学家们头疼不已。根据量子力学，黑洞应该可以收缩和蒸发，因此尚不明确如何将表面积增加的事实与霍金的理论相匹配。

黑洞与中子星合并

激光干涉引力波天文台在六月公布了一系列关于黑洞的发现，当时与该设施合作的研究者宣布，他们第一次确信他们观测到了黑洞与中子星的合并。与黑洞一样，中子星也是恒星死亡后的一种归宿――如果恒星作为超新星爆炸并留下残留物，它最终会演化成为中子星。虽然激光干涉引力波天文台先前已经看到了黑洞和中子星合并的潜在迹象，但直到今年，两个心发现才证明了这样的合并现象确实存在。两次探测都发生在2020年一月，大约相隔十天。第一次，一个大约六倍太阳质量的黑洞吞噬了一颗1.5倍太阳质量的中子星，而第二次，一个约九倍太阳质量的黑洞和一颗两倍太阳质量的中子星合并了。

早期黑洞卷起风暴

位于星系中心的超大质量黑洞驱动的银河风的艺术概念图。黑洞爆发的巨大能量产生巨大的气体流，将星际物质吹走。这些星际物质是形成恒星的材料。（图源：阿尔玛 (ESO/NAOJ/NRAO)）

几乎每一个已知星系的中心都有一个超大质量黑洞，这也许说明这两者之间有着紧密的联系。但科学家们仍然不理解黑洞如何影响它的星系宿主。六月发表的研究展现了从1300万岁的星系吹出的高速风，这个星系几乎和宇宙一样老。这是最早被探测到的星系风的例子，这些风是超大质量黑洞吞噬周围的云气和星际尘埃后迸发的。不仅如此，这些强力星系风的速度非常快，高达180万公里每小时，使它足以推动整个星系的物质，这可能阻碍恒星的形成。这些事实都表明，星系和他们其中的黑洞有十分紧密的联系，并且从很久以前开始就存在了。

微弱的光回波证明爱因斯坦是对的

史蒂夫霍金不是今年唯一获得黑洞胜利的人。七月，天文学家们捕捉到从一个叫做兹维克的螺旋星系的中心超大质量黑洞爆发的X射线。研究者们不仅在黑洞前探测到了光线，还设法解释了奇怪的光回波的成因。实际上，这些光回声来自于黑洞的背面，这意味着巨大的实体扭曲了时空结构，所以这些光纤得以被从黑洞的一段拉到另一端。这个过程正是爱因斯坦的广义相对论所预测的，但直到现在，还没有找到可以支撑它的证据。

外星人可能正在使用黑洞的能量

戴森球的概念图。（图源：Marc Ward/Stocktrek Images/Getty）

科学家们并没有高高在上，只要他们的猜想得到相关数据的支持。八月，一个台湾的天文学家团队表示，有智慧的外星人可能正在利用被称为戴森球的假想巨型结构中汲取能量，这个结构环绕着一颗恒星。尽管黑洞被认为是漆黑的，但黑洞在吞噬其周围物质的过程中会释放大量能量，这些能量使物质加热，并以光的形式辐射。天文学家们尚不确定外星人们是否会在黑洞边缘放置涂有类似太阳能电池板的轨道平台，以吸收它的能量。黑洞比其他恒星小，这让外星人可以节约建筑材料，还能让它们收集到大量能量。

游荡的黑洞可能定居银河系

流浪黑洞可能占宇宙中黑洞总质量的百分之十。（图源：）

大约有十二个巨大的隐形黑洞可能潜伏在银河系外围。八月份，研究员们发布了新的星系碰撞结果。在这些意义非凡的时间中，引力可以使质量是太阳的数百万倍甚至数十亿倍的超大质量黑洞飞行，并在宇宙的深处漫步。其中一些可能随后将定居在银河系的星盘里，就像我们人类一样。一个银河系大小的星系平均可以容纳大约12个超大质量黑洞。天文学家们希望找到寻找这些迷失的黑洞的方法，以验证他们的模拟是否正确。

发现的离我们最近的黑洞对

这张图像展现了NGC7727中的两个明亮星系核的特写（左）和整体图（右），距离地球8900万光年。每一个星系核都是其中心超大质量黑洞的家。（图源：Image credit: ESO/Voggel et al.; ESO/VST ATLAS team. Acknowledgement: Durham University/CASU/WFAU）

十二月，望远镜捕捉到了离地球最近的一对黑洞的迹象，它们在距离地球约8900万光年的宝瓶座中围绕对方旋转。此前发现距离我们最近的黑洞比它们远五倍，这意味着科学家们有机会比以前更深入详细地研究黑洞系统。这两位都是“重量级人物”――较大的一个质量将近1.54亿个太阳，小的也有630万倍太阳质量。它们仅相隔1600光年互相绕行，站在宇宙的角度上来看，这点距离微不足道，创下了一项纪录，这表明它们在2.5亿年后将会合并成一个巨大的黑洞。

一个对于它的宿主星系来说太大的黑洞

狮子座Ⅰ矮星系中心有一个巨大的黑洞。（图源：ESA/Gaia/DPAC; SDSS (inset)）

一个大约距我们82万光年的小星系围绕着银河系运行，它似乎包含一个奇怪的东西。比银河系笑50倍的狮子座Ⅰ矮星系拥有一个尺寸过大的黑洞，它的质量几乎与银河系中心的黑洞相同。天文学家对如此大的黑洞驻留在这样一个小星系里感到困惑。德克萨斯大学奥斯汀分校天文学博士毕业生玛丽亚・何塞・布斯塔曼特在一份声明中表示：“对于矮球状星系中的这种黑洞为何能留在星系中，没有任何解释。”确切地找到这对黑洞和星系演化都有什么意义，可能还需要等待许多年。

BY: Adam Mann

FY: Ludwig_XU

如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处