Question

科学家又乌龙了？史上第一个中等质量黑洞，可能是传说中的天体

Answer 1

在宇宙中，黑洞一共分为三种： 恒星级黑洞、中等质量黑洞以及超大质量黑洞 。

顾名思义，恒星级黑洞是由大质量恒星坍缩形成的，其质量在太阳的3-100倍之间；超大质量黑洞被认为形成于宇宙早期，其质量通常在太阳的100万倍以上，最大甚至可能达到太阳的1000亿倍。而处于二者之间的，就是中等质量黑洞。

理论上说，的确如此，但科学家们此前从未在宇宙中观测到中等质量黑洞，这是非常诡异的一件事。黑洞在质量方面的分布就像是被拦腰截断了一样，少了关键的一环，这俨然成了困扰科学家的一大宇宙谜题。

直到2019年5月21日，情况发生了变化。在距离地球70亿光年的地方，人类的引力波探测器接收到了一次极为特殊的引力波，并将其命名为GW 190521。在对这个信号进行分析之后，科学家们兴奋了：这不仅是迄今为止人类探测到的最为剧烈的一次宇宙撞击，甚至形成了科学家们寻觅已久的中等质量黑洞。

研究表明， 这次撞击的主角是两个质量分别为太阳65倍和85倍的黑洞，它们撞击后形成了一个质量为太阳142倍的黑洞——这恰好是中等质量黑洞的范围 。当时，科学家们十分喜悦，庆祝着 历史 上第一个被发现的中等质量黑洞。

然而，就在大家庆祝的时候，有人提出了一个问题：如果它不是黑洞呢？

这不是凭空问出来的问题，其中有一些比较可靠的依据。

一旦一个黑洞质量超过太阳的65倍，它就不可能直接从大质量恒星坍缩而来。根据现有的黑洞模型，科学家可以通过一个黑洞的质量推测形成它的恒星质量有多大。按照太阳质量的65倍来计算的话，这个恒星的质量将会非常惊人。这倒不是说它不可能存在，只不过如此巨大的恒死亡时会形成所谓的不稳定对超新星，爆发时会炸得一点都不剩，更不用说黑洞了。

因此，在这次引力波事件中，那个85倍太阳质量的黑洞就显得有些怪异了。当然，我们也有理由认为这个黑洞也是由两个黑洞并合之后形成的，但是西班牙的科学家们却认为，这里可能有另一个答案。他们认为，这里可能隐藏着一个此前仅仅存在于理论上的天体—— 玻色子星 。

玻色子星

根据自旋的不同，基本粒子可以分为费米子和玻色子，我们通常说的光子、聚集夸克的胶子以及所谓的上帝粒子都是玻色子。而组成常见物质的质子和中子其实都是由一种名为夸克的费米子构成，也就是说，我们能够看到的天体，都可以称为“费米子星”。

科学家认为，宇宙中可能也有由玻色子高度聚集形成的天体。这种天体有点类似于黑洞的奇点，并且也可以具有极其恐怖的质量，但是并不吸收光，而是像是透明一样允许光通过，因此在某种方面来讲也有点类似于黑洞。

西班牙瓦伦西亚大学的天体物理学家指出：“我们的结果表明，根据现有的数据，的确很难区分这两种情况，但是鲜有人知的玻色子星可能性更高。这太叫人兴奋了，至少到现在为止，我们的玻色子星模型仍然很不完善，有很多亟需发展的地方。在这种情况下，如果有更加完善的模型，将会给我们提供更有力的证据，并且让我们能够在玻色子星并合的假设下对此前的引力波观测结果进行审视。”

实际上，对于黑洞是不是玻色子星的质疑早就存在了。远了不说，去年9月的时候，我们就曾经发文介绍过荷兰拉德堡大学和德国歌德大学的天体物理学家Hector Olivares对M87黑洞的身份进行研究的事情。没办法，这两种天体实在太像了。

正因如此，西班牙加利西亚高能物理研究所的Juan Calderón Bustillo和他的团队才提出了这样的问题，希望能够认真地思考一下GW 190521事件中的两个主角到底是不是真正的黑洞，以免错过发现并研究玻色子星的机会。

研究团队指出： 他们的计算结果表明：如果这次引力波事件真的来自于两颗玻色子星，那么二者的质量和距离数据都要有所变动，但是不会再出现85倍太阳质量的黑洞问题了 。

Calderón Bustillo表示：“首先，我们先把黑洞相撞的想法放在一边，从解决‘不可能的黑洞’问题中抽出身来。其次，由于玻色子星的并合相对没那么剧烈，所以我们推断，它的距离比LIGO和Virgo估计的要近得多。这导致的另一个结果就是最终形成的黑洞质量也更大，大约是太阳的250倍，因此我们见证了中等质量黑洞诞生的事实仍然是成立的。”

根据他们的分析， 两颗玻色子星碰撞之后会形成一个更大的玻色子星。不过，这颗新的玻色子星非常不稳定，它的最终命运仍然是坍缩成为黑洞。

不过，毕竟这两颗天体已经消失了，而碰撞的直接产物不论是不是玻色子星，如今都已经变成了黑洞，因此对于科学家们来说，目前也很难验证该团队的理论是否正确。

即便如此，这次研究还是非常有意义的，因为它给我们提供了一种借鉴，科学家们未来可以在观测引力波的时候进行参考，从而验证这个理论的正确性。

同属于爱因斯坦广义相对论推导出来的天体，黑洞如今已经被广泛接受，而玻色子星仍然停留在理论层面。然而玻色子星并不仅仅意味着一种天体，甚至构成它的粒子有望被证明是暗物质的本质。因此，找到玻色子星对于科学家们来说意义非凡。

也许当玻色子星被发现的那一天，我们将会解开暗物质之谜吧，期待未来的引力波天文学或者更加先进的技术，能够发现这种传说中的天体。

Answer 2

研究显示，约70亿年前，质量分别为太阳的66倍和85倍的两个黑洞，在发生激烈碰撞后，形成了一个新的中等质量黑洞。这也是人类迄今探测到的首个中等质量黑洞。这一中等质量黑洞的质量是太阳的142倍。探测到这样的双黑洞，但这篇论文完成了细致的计算，并提供了这样做的公式，”纽约的皇后社区学院研究黑洞的助理教授吉莉恩.贝洛瓦利在一封电邮中这样告诉Gizmodo。“这些计算将帮助我们的圈子解读来自引力波探测器的信号；有越多波形的计算，我们就能更好地理解探测器告诉了我们什么。”在2017年4月观测黑洞的期间，所收集的数据甚至超过千兆位。 之后科学家更是花了两年时间，才处理好这张黑洞影像。在这之前，我们都只能观测到黑洞存在的间接证据──包括似乎是绕着奇特天体运转的恒星、旋入黑洞的超热物质所发出的辐射，或是从混乱环境中喷射出的高能粒子喷流。从地球拍摄月球上的橘子起初，事件视界望远镜的目标是位在我们银河系中心的超大质量黑洞——质量为太阳400万倍的人马座，这与M87星系中心的黑洞相比，简直是小巫见大巫。 由于M87的黑洞距离我们最近，同时也是最大的黑洞之一，因此研究团队决定把望远镜也指向此处，希望最后能比较两个黑洞的性质。要观测银河系中心的黑洞，反而比观测邻近星系团内的黑洞还要复杂一些，这也是为什么这次所发布的是M87的黑洞影像。向外喷射没有人知道黑洞的中心──奇异点──到底是否有任何东西存在。 在宇宙这块绒布上的这个刺孔周围是弯曲的奇特时空，任何东西都无法逃脱。不过，这张黑洞的最新影像能帮助科学家更了解M87黑洞的外侧，尤其是黑洞所喷发出接近光速的高能粒子。

Answer 3

黑洞（black hole）是时空展现出引力的加速度极端强大，以至于没有粒子，甚至电磁辐射，像是光都无法逃逸的区域。广义相对论预测，足够紧密的质量可以扭曲时空，形成黑洞；不可能从该区域逃离的边界称为事件视界 （event horizon）。虽然，事件视界对穿越它的物体的命运和情况有巨大影响，但对该地区的观测似乎未能探测到任何特征，在许多方面，黑洞就像一个理想的黑体，它不反光。此外，弯曲时空中的量子场论预测，事件视界发出的霍金辐射，如同黑体的光谱一样，可以用来测量与质量反比的温度。在恒星质量的黑洞，这种温度高达数十亿K，因此基本上无法观测。
理论上，黑洞（black hole）是爱因斯坦广义相对论预言存在的一种天体。按照质量，天文学家将宇宙中的黑洞分成三类：恒星级质量黑洞（3倍-100倍太阳质量）、超大质量黑洞（几百万倍太阳质量以上）和中等质量黑洞（介于两者之间）。黑洞是一种质量极大的天体，拥有异常强的引力，在它领域的必需区域内，连光也无法逃窜出去，这个边界称为黑洞“事件视界”（Event horizon），就是指围绕黑洞的一个时空边界，一切物质、甚至光泽一旦越过这个边界，永远无法返回。
2015年，霍金针对黑洞信息佯谬提出新解，指出黑洞有出口，就算掉进去也出得来。他在瑞典皇家理工学院于瑞典首都斯德哥尔摩举办的会议上，对黑洞能否吞噬一切物体发表了看法。他感到黑洞无法吞噬和消灭物理消息，这和爱因斯坦相对论中提出的观点相反，霍金理论认定黑洞在旋转就有可能通往另一个宇宙，但是你会无法回到我们的宇宙，所以严格来说掉入黑洞有可能全身而退，只是永远从本宇宙消失。