畢竟，黑洞的引力如此之大，以至于光無法逃逸，因此天文學家通常通過黑洞對其他物體的引力影響或它們吞噬的周圍物質產(chǎn)生的輻射來探測它們。如果沒有附近的物體或吸積物質，整個銀河系可能存在數(shù)十億個黑洞，但天文學家基本上看不到它們。
如果像天文學家所認為的那樣，大恒星的死亡留下了黑洞，那么銀河系中應該散布著數(shù)十億顆黑洞。問題是，孤立的黑洞是看不見的。
現(xiàn)在，由加州大學伯克利分校天文學家領導的團隊首次通過觀察一顆遙遠的恒星，由于其光線被物體的強引力場扭曲而變亮，從而發(fā)現(xiàn)了可能是自由漂浮的黑洞——即所謂的引力微透鏡。
由研究生Casey Lam 和加州大學伯克利分校天文學副教授Jessica Lu 領導的團隊估計，這個看不見的致密天體的質量為太陽的1.6 至4.4 倍。由于天文學家認為死亡恒星的殘余物必須重于2.2 個太陽質量才能塌縮成黑洞，因此加州大學伯克利分校的研究人員警告說，該物體可能是中子星而不是黑洞。中子星也是密度大、高度致密的天體，但它們的重力由內(nèi)部的中子壓力平衡，防止進一步塌縮成黑洞。
無論是黑洞還是中子星，該物體都是第一個發(fā)現(xiàn)的黑暗恒星遺跡——恒星“幽靈”——在銀河系中徘徊，沒有與另一顆恒星配對。
“這是利用引力微透鏡發(fā)現(xiàn)的第一個自由漂浮的黑洞或中子星，”盧說。 “通過微透鏡，我們能夠探測到這些孤獨、緊湊的物體。我認為我們?yōu)檫@些黑暗物體打開了一扇新的窗戶，否則這些物體是看不見的?！?
確定銀河系中有多少這樣的致密天體將有助于天文學家了解恒星的演化——尤其是它們是如何死亡的——以及我們自己的銀河系，或許還能揭示是否有任何看不見的黑洞是原始的。一些宇宙學家認為黑洞是在大爆炸期間大量產(chǎn)生的。
Lam、Lu 及其國際團隊的分析已被接受出版，編號為《天體物理學雜志通訊》。分析包括另外四個微透鏡事件，該團隊認為這些事件不是由黑洞引起的，盡管其中兩個可能是由白矮星或中子星引起的。研究小組還得出結論，銀河系中黑洞的數(shù)量可能為2 億個——與大多數(shù)理論學家的預測大致相同。
相同的數(shù)據(jù)，不同的結論
值得注意的是，來自巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所(STScI) 的一個競爭團隊分析了相同的微透鏡事件，并聲稱該致密天體的質量接近7.1 個太陽質量，毫無疑問是一個黑洞。由Kailash Sahu 領導的STSCI 團隊描述這一分析的論文已被接受發(fā)表，編號為《天體物理學雜志》。
兩個小組都使用相同的數(shù)據(jù)：當遙遠的恒星被超緊湊天體扭曲或“透鏡化”時，其亮度的光度測量，以及由于透鏡物體的引力扭曲而導致的遙遠恒星在天空中的位置。測量。光度數(shù)據(jù)來自兩項微透鏡調(diào)查：光學引力透鏡實驗（OGLE），使用智利華沙大學的1.3 米望遠鏡，以及天體物理學微透鏡觀測（MOA）實驗，安裝在大阪大學新西蘭的1.8 米望遠鏡。天體測量數(shù)據(jù)來自美國宇航局的哈勃太空望遠鏡。 STScI 管理望遠鏡的科學計劃并開展其科學操作。
由于在兩次弱光調(diào)查中捕獲了同一物體，因此它有兩個名稱：MOA-2011-BLG-191和OGLE-2011-BLG-0462，簡稱OB110462。
雖然像這樣的調(diào)查每年都會在銀河系中發(fā)現(xiàn)大約2,000 顆微透鏡恒星，但天體測量數(shù)據(jù)的添加使兩個團隊能夠確定致密天體的質量及其與地球的距離。由加州大學伯克利分校領導的研究小組估計，它距離銀河系中心方向2,280 至6,260 光年，靠近圍繞銀河系中心巨大黑洞的大核球。銀河系。
STScI 團隊估計它距離我們大約5,153 光年。
“大海撈針”
2020年，在STSCI團隊初步得出哈勃觀測到的五個微透鏡事件——所有這些事件都持續(xù)了100多天，因此很可能是黑洞——可能不是由致密天體引起的之后，Lu和Lam首次一時間，人們對這個天體產(chǎn)生了興趣。
Lu自2008年以來一直在尋找自由漂浮的黑洞，她相信這些數(shù)據(jù)將幫助她更好地估計銀河系中黑洞的豐度，大約在1000萬到10億之間。到目前為止，恒星大小的黑洞只是作為雙星系統(tǒng)的一部分被發(fā)現(xiàn)。雙星中的黑洞可以通過X 射線看到，X 射線是恒星物質落到黑洞上時產(chǎn)生的，或者可以通過最近的引力波探測器看到，這些探測器對兩個或多個黑洞的合并很敏感。但這些事件很少見。
“凱西和我看到了這些數(shù)據(jù)，我們非常感興趣。我們說，‘哇，沒有黑洞。這太令人驚訝了，’盡管應該有，”盧說。 “所以，我們開始研究數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)中確實沒有黑洞，那么這就不符合我們關于銀河系中應該有多少黑洞的模型。我們必須改變對黑洞的理解。黑洞——要么是它們的數(shù)量，要么是它們移動的速度，要么是它們的質量?！?
當Lam 分析五個微透鏡事件的光度測量和天體測量時，她驚訝地發(fā)現(xiàn)其中一個OB110462 具有致密天體的特征。透鏡狀物體看起來很暗，因此不是恒星；恒星的變亮持續(xù)時間較長，接近300天；背景星星位置的扭曲也是持續(xù)存在的。
林說，鏡頭事件的長度是主要線索。 2020 年，她表明尋找黑洞微透鏡的最佳方法是尋找非常長的事件。她說，可探測到的微透鏡事件中只有1% 可能來自黑洞，因此尋找所有這些事件就像“大海撈針”一樣。然而，Lam 計算出，大約40% 持續(xù)時間超過120 天的弱光事件很可能是黑洞。
拉姆說：“增亮事件持續(xù)多長時間暗示著前景透鏡有多大的質量，它會彎曲來自背景恒星的光線?！?“長事件更有可能是由黑洞造成的。然而，這并不能保證，因為增亮事件的規(guī)模很大?！背掷m(xù)時間不僅取決于前景透鏡的質量，還取決于前景透鏡和背景恒星相對移動的速度。然而，通過同時獲得背景恒星表面位置的測量，我們可以確認前景透鏡是否確實是黑洞。 ”
據(jù)盧介紹，OB110462對背景恒星光的引力影響非常長。這顆恒星花了大約一年的時間才在2011 年達到頂峰，然后又花了大約一年的時間才變暗回到正常狀態(tài)。
更多數(shù)據(jù)將區(qū)分黑洞和中子星
為了確認OB110462 是由超緊湊天體引起的，Lu 和Lam 要求哈勃望遠鏡提供更多天體測量數(shù)據(jù)，其中一些數(shù)據(jù)于去年10 月到達。這些新數(shù)據(jù)表明，由于透鏡引力場導致的恒星位置變化在事件發(fā)生10 年后仍然可以觀測到。哈勃望遠鏡對該微透鏡的進一步觀測暫定于2022 年秋季進行。
新數(shù)據(jù)分析證實OB110462 可能是黑洞或中子星。
Lu和Lam懷疑，兩組的不同結論是由于天體測量和光度數(shù)據(jù)以不同的方式測量前景和背景物體的相對運動。兩組的天體測量分析也不同。加州大學伯克利分校領導的團隊認為，目前無法判斷該物體是黑洞還是中子星，但他們希望將來通過更多的哈勃數(shù)據(jù)和改進的分析來解決這一差異。
“盡管我們很想說它是一個明確的黑洞，但我們必須報告所有允許的解決方案。這包括較低質量的黑洞，甚至可能是中子星，”盧說。
“如果你不能相信光的曲線、亮度，那么這就說明了一些重要的事情。如果你不能相信位置與時間的關系，那就說明了一些重要的事情，”林說。 “因此，如果其中一個是錯誤的，我們必須了解原因?；蛘吡硪环N可能性是，我們在兩組數(shù)據(jù)中測量到了正確的東西，但我們的模型是錯誤的。光度學和天文學測量數(shù)據(jù)來自相同的物理結果過程，這意味著亮度和位置必須彼此一致，所以，那里缺少了一些東西。”
兩個團隊還估計了超緊湊透鏡物體的速度。 Lu/Lam團隊發(fā)現(xiàn)了一個相對安靜的速度，低于每秒30公里。 STScI 團隊發(fā)現(xiàn)了每秒45 公里的異常大速度，他們將其解釋為所謂的黑洞從產(chǎn)生它的超新星中獲得了額外的推動。盧解釋說，她的團隊對低速的估計有可能支持一種新理論，即黑洞不是超新星的結果——這是當今的主流假設——而是由失敗的超新星產(chǎn)生的。
