2020年十大黑洞發(fā)現(xiàn)：黑洞將恒星“意大利面條化”

　　據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，物理學(xué)家如今正處于了解黑洞的黃金時(shí)代。2020年也不例外，一系列令人興奮且獨(dú)特的發(fā)現(xiàn)加深了我們對(duì)黑洞的認(rèn)識(shí)。

　　下面，讓我們一起來(lái)回顧一番2020年的十大黑洞發(fā)現(xiàn)。

　　2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)表彰黑洞發(fā)現(xiàn)

　　仿佛是為了證明今年是黑洞研究成果卓著的一年，科學(xué)領(lǐng)域的最高成就獎(jiǎng)——諾貝爾獎(jiǎng)，在今年10月份頒給了三名研究這些神秘宇宙天體的物理學(xué)家。他們分別是英國(guó)牛津大學(xué)的羅杰•彭羅斯——因“發(fā)現(xiàn)廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)了黑洞的形成”而獲得一半的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，以及UCLA的安德里亞•蓋茲和德國(guó)波恩大學(xué)與馬克斯•普朗克宇宙物理研究所的萊因哈德•根澤爾——因“發(fā)現(xiàn)銀河系中心的超大致密物體”而共同分享另一半的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。蓋茲是迄今為止，第四位獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的女性。其他三位獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)的女性分別為居里夫人（1903年）、瑪麗亞•格佩特-梅耶（1963年）和唐娜•斯特里克蘭（2018年）。

　　LIGO觀測(cè)到迄今為止最大的黑洞并合

　　LIGO和歐洲的另一座引力波天文臺(tái)Virgo可通過(guò)引力波觀測(cè)黑洞。引力波即大質(zhì)量物體振動(dòng)時(shí)在時(shí)空結(jié)構(gòu)中引起的巨大漣漪。LIGO-Virgo引力波天文臺(tái)已經(jīng)貢獻(xiàn)了許多令人印象深刻的發(fā)現(xiàn)。但是，在今年5月份，LIGO-Virgo合作團(tuán)隊(duì)宣布，發(fā)現(xiàn)迄今為止觀測(cè)到的最大質(zhì)量黑洞碰撞。這兩個(gè)黑洞的質(zhì)量分別為85倍太陽(yáng)質(zhì)量和66倍太陽(yáng)質(zhì)量，碰撞并合為一個(gè)142倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞。除了打破原有記錄之外，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)也是處于所謂的中等質(zhì)量黑洞“禁區(qū)”范圍內(nèi)的第一個(gè)發(fā)現(xiàn)。雖然天文學(xué)家已經(jīng)觀測(cè)到與太陽(yáng)大小差不多的小質(zhì)量黑洞，也知道各個(gè)星系中心存在著幾百萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量的超大黑洞，但在此之前尚未有人發(fā)現(xiàn)這一中等質(zhì)量黑洞的存在證據(jù)。中等質(zhì)量黑洞的確切形成仍有待科學(xué)家進(jìn)一步探索。

　　太初黑洞

　　宇宙大爆炸之后的極短時(shí)間內(nèi)，整個(gè)宇宙彌漫著熾熱湍急的輻射。在某些區(qū)域，能量十分致密，以至于在理論上，這部分能量本身會(huì)坍縮并形成一個(gè)黑洞。雖然物理學(xué)家尚不清楚這些太初黑洞（PBH）是否存在，但他們已經(jīng)在設(shè)想太初黑洞若存在的話，會(huì)帶來(lái)哪些變化。數(shù)篇論文已經(jīng)表明，有些比垂死恒星形成的黑洞更小的黑洞或可構(gòu)成暗物質(zhì)——一種在宇宙中產(chǎn)生引力影響的神秘物質(zhì)。未來(lái)，科學(xué)家將開(kāi)展更多實(shí)驗(yàn)，來(lái)尋找太初黑洞，以證明或反駁這些太初黑洞的存在。

　　可能存在極大質(zhì)量黑洞

　　如果把星系中心的超大質(zhì)量黑洞合并到一起然后分成11個(gè)黑洞，結(jié)果會(huì)怎樣呢？9月份發(fā)表的一份論文正討論了這種“極大質(zhì)量黑洞”（SLAB）的存在可能性。極大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量至少可以達(dá)到1萬(wàn)億或更多個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量。目前已知最大的黑洞是類星體TON 618，質(zhì)量約為660億倍太陽(yáng)質(zhì)量。極大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量將比TON 618的十倍還多。部分極大質(zhì)量黑洞可能形成于宇宙早期，是為另一種類型的太初黑洞。這意味著，我們或許可以通過(guò)宇宙微波背景輻射尋找它們的蛛絲馬跡。宇宙微波背景輻射即38萬(wàn)年前的宇宙所留下的光輻射。另外，如果地球和遙遠(yuǎn)的恒星之間存在極大質(zhì)量黑洞的話，我們也可以通過(guò)引力透鏡效應(yīng)找到它們。目前，極大質(zhì)量黑洞雖然僅存在于假設(shè)層面，但已經(jīng)吸引越來(lái)越多的關(guān)注。

　　LIGO發(fā)現(xiàn)不對(duì)稱黑洞并合

　　LIGO-Virgo引力波天文臺(tái)檢測(cè)到的大多數(shù)雙黑洞系統(tǒng)，都由兩個(gè)質(zhì)量相當(dāng)?shù)暮诙唇M成。但是在今年4月份，該合作團(tuán)隊(duì)宣布他們觀測(cè)到了最不對(duì)稱的黑洞并合。這兩個(gè)黑洞在24億光年外環(huán)繞并合，質(zhì)量分別為8倍太陽(yáng)質(zhì)量和30倍太陽(yáng)質(zhì)量。西北大學(xué)引力波科學(xué)家克里斯托弗•貝里寫(xiě)道：“這就好比將一塊普通的奧利奧餅干融進(jìn)一塊超級(jí)版奧利奧餅干。”之前，天文學(xué)家認(rèn)為這樣的意外事件非常罕見(jiàn)，才運(yùn)行沒(méi)幾年的引力波設(shè)備未必能觀測(cè)到這些現(xiàn)象。但LIGO-Virgo合作團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)對(duì)上述假設(shè)提出了質(zhì)疑，并促使研究人員開(kāi)始考慮層級(jí)并合的可能性。這類并合中，一個(gè)黑洞與另一個(gè)碰撞，接著碰撞后的殘余物繼續(xù)與第三個(gè)黑洞并合。