黑洞是自然界最令人敬畏和神秘的力量之一。同時(shí)，它們對(duì)于我們了解天體物理學(xué)至關(guān)重要。黑洞不僅是特別龐大的恒星在其生命周期結(jié)束時(shí)會(huì)產(chǎn)生超新星的結(jié)果，它們還是我們對(duì)廣義相對(duì)論的理解的關(guān)鍵，并且被認(rèn)為在宇宙演化中發(fā)揮了作用。

因此，多年來(lái)，天文學(xué)家一直在努力在銀河系中創(chuàng)建黑洞普查。但是，新的研究表明，天文學(xué)家可能已經(jīng)忽略了整個(gè)類(lèi)別的黑洞。這來(lái)自最近的發(fā)現(xiàn)，在該發(fā)現(xiàn)中，一組天文學(xué)家觀察到一個(gè)黑洞，該黑洞剛好超過(guò)三個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，使其成為迄今為止發(fā)現(xiàn)的最小黑洞。

這項(xiàng)名為“非相互作用的低質(zhì)量黑洞-巨星雙星系統(tǒng)”的研究最近發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。負(fù)責(zé)團(tuán)隊(duì)由俄亥俄州立大學(xué)的天文學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)，成員包括哈佛-史密森天體物理學(xué)中心，卡內(nèi)基科學(xué)研究院天文臺(tái)，黑暗宇宙學(xué)中心以及多家天文臺(tái)和大學(xué)。

這一發(fā)現(xiàn)特別值得注意，因?yàn)樗_定了天體物理學(xué)家以前不知道的物體。結(jié)果，科學(xué)家現(xiàn)在被迫重新考慮他們對(duì)我們銀河系中黑洞數(shù)量的了解。正如托德·湯普森，教授天文俄亥俄州立大學(xué)和研究的主要作者，解釋說(shuō)：

“我們正在顯示這一暗示，那就是我們還沒(méi)有真正探索尋找黑洞的人口。人們?cè)噲D了解超新星爆炸，超大質(zhì)量黑星爆炸，超大質(zhì)量恒星中元素的形成方式。因此，如果我們能揭示出新的黑洞群，它將告訴我們更多有關(guān)哪些恒星爆炸，哪些恒星不爆炸，哪些黑洞，哪些中子星爆炸的信息。它開(kāi)辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。”

由于他們對(duì)時(shí)空的影響，天文學(xué)家一直在尋找黑洞和中子星。由于它們也是恒星死亡時(shí)產(chǎn)生的結(jié)果，因此它們還可以提供有關(guān)恒星生命周期以及元素形成方式的信息。為了做到這一點(diǎn)，天文學(xué)家首先需要確定我們銀河系中黑洞的位置，這要求他們知道尋找什么。

找到它們的一種方法是尋找雙星系統(tǒng)，其中兩顆恒星由于它們的相互引力而彼此鎖定在軌道上。當(dāng)其中一顆恒星死亡時(shí)，它產(chǎn)生的強(qiáng)烈引力將開(kāi)始將物質(zhì)從另一顆恒星中拉出。恒星物質(zhì)發(fā)射出的熱量和X射線被吸積到黑洞伴星上，從而證明了這一點(diǎn)。

到現(xiàn)在為止，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)我們銀河系中的所有黑洞都在5至15個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之間。相比之下，中子星通常不大于約2.1太陽(yáng)質(zhì)量，因?yàn)榇笥?.5太陽(yáng)質(zhì)量的任何東西都會(huì)坍塌而形成黑洞。當(dāng)LIGO和處女座共同檢測(cè)到由黑洞合并引起的引力波時(shí)，它們分別是31和25個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。

這表明黑洞可能出現(xiàn)在天文學(xué)家認(rèn)為是正常范圍之外。正如湯普森所說(shuō)：

“立即，每個(gè)人都像'哇'，因?yàn)樗侨绱藟延^。不僅是因?yàn)樗C明了LIGO的確有用，而且還因?yàn)槿罕姳姸?。如此大的黑洞很大，我們以前從未?jiàn)過(guò)。”

這一發(fā)現(xiàn)激發(fā)了湯普森和他的同事們?nèi)ニ伎荚谧畲蟮闹凶有呛妥钚〉暮诙粗g可能存在未被發(fā)現(xiàn)的物體的可能性。為了對(duì)此進(jìn)行調(diào)查，他們開(kāi)始合并來(lái)自阿帕奇點(diǎn)天文臺(tái)銀河演化實(shí)驗(yàn)(APOGEE)–一項(xiàng)天文學(xué)調(diào)查，收集整個(gè)銀河系中約100,000個(gè)恒星的光譜。

湯普森和他的同事檢查了這個(gè)光譜是否有變化的跡象，這些變化表明了恒星是否可能繞著另一個(gè)物體旋轉(zhuǎn)。具體來(lái)說(shuō)，如果一顆恒星顯示出多普勒頻移的跡象-它的光譜在向藍(lán)色端轉(zhuǎn)變?nèi)缓笤傧蚣t色波長(zhǎng)轉(zhuǎn)變之間交替變化-這將表明它可能正在繞著看不見(jiàn)的同伴運(yùn)行。