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據媒體報導，阿聯人Aisha Al Yazeedi是紐約大學阿布達比分校(NYUAD)天體、粒子和行星物理中心的研究科學家，她最近發表了她的第一篇研究論文，這篇論文介紹了一些關於星系演化的關鍵發現。據了解，星系最終會經歷一個失去大部分氣體並導致了其在演化過程中性質變化的階段。 目前的星系演化模型表明，這種情況最終會發生在所有的星系上--包括我們的銀河系。Al Yazeedi和她的團隊正在深入研究這個過程。 Al Yazeedi在談到新發現時說道：「星系的進化跟它們的中心超大質量黑洞(SMBH)的活動直接相關。然而，人們對SMBHs的活動和整個星系的氣體噴射之間的聯系知之甚少。觀測研究--包括我們的研究--對於澄清中央超大質量黑洞如何影響其整個宿主星系的演化並證明天體物理學領域的關鍵理論概念是至關重要的。」 這篇題為《The impact of low luminosity AGN on their host galaxies: A radio and optical investigation of the kpc-scale outflow in...

8月4日消息，黑洞里面發生了什麼，我們無從得知，而天文學家更感興趣的，是在黑洞的「影響范圍」內所發生的事情。這個「影響范圍」，指的是一個星系最核心的區域，超大質量黑洞的引力在那里主導著一切。對該區域的了解，或許可以幫助天文學家確定黑洞的質量，以及它對鄰近星系的影響。 <p超大質量黑洞周圍旋轉的圓盤狀物質（想像圖） 利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）的最新觀測數據，天文學家終於有機會近距離觀察一個由低溫星際氣體組成、圍繞超大質量黑洞旋轉的吸積盤。這個圓盤位於NGC 3258星系的中心，這是一個巨大的橢圓星系，距離地球約1億光年。根據這些觀測結果，來自美國德克薩斯農工大學和加州大學歐文分校的天文學家小組確定，這個黑洞的質量達到了驚人的22.5億倍太陽質量，是迄今為止用ALMA測量到的最大規模的黑洞。 盡管超大質量黑洞的質量可能是太陽的數百萬到數十億倍，但它們只占整個星系質量的一小部分。將黑洞引力的影響與星系中心的恆星、星際氣體和暗物質的影響區分開來是一項頗具挑戰性的工作，需要在異常小的尺度上進行高靈敏度的觀測。 這項研究的結果發表在近期的《天體物理學雜誌》（Astrophysical Journal）上，第一作者是德克薩斯農工大學博士後研究員班傑明·博伊澤爾。他說：「觀測盡可能接近黑洞的物質的旋轉運動，對於准確確定黑洞的質量至關重要。對NGC 3258星系的這些新觀測證明，ALMA在描繪超大質量黑洞周圍氣體盤的旋轉時能給出驚人的細節。」 多年來，天文學家使用了各種方法來測量黑洞質量。在巨大的橢圓星系中，大多數測量結果都是通過可見光或紅外光來觀測黑洞周圍恆星的旋轉運動。另一種技術是利用圍繞黑洞運行的氣體雲中自然產生的水脈澤（water masers，相當於無線電波長的雷射），獲得更高的精度，但這些脈澤非常罕見，幾乎只與具有較小黑洞的螺旋星系有關。 在過去的幾年里，天文學家利用ALMA開創了一種研究巨型橢圓星系黑洞的新方法。大約10%的橢圓星系在其中心具有規律旋轉的稠密冷氣體盤。這些圓盤含有一氧化碳（CO）氣體，可以用毫米波長的射電望遠鏡觀測到。 通過利用一氧化碳分子發射的都卜勒頻移，天文學家可以測量這些氣體雲的速度，而ALMA使得分辨出旋轉速度最高的星系中心成為可能。 ALMA對超大質量黑洞周圍旋轉的冷氣體進行了最精確的測量。這個超大質量黑洞位於巨型橢圓星系NGC 3258的中心。多色橢圓反映了環繞黑洞的氣體運動，藍色表示朝向地球的移動，紅色表示遠離地球。中間的插圖框表示氣體盤旋轉速度如何隨其與黑洞的距離而變化。天文學家發現，在距離黑洞越近的地方，這些物質的旋轉速度越快，這使他們能夠准確計算出黑洞的質量：大約是太陽的22.5億倍 「多年來，我們的團隊一直在用ALMA觀測鄰近的橢圓星系，以尋找和研究圍繞巨型黑洞旋轉的分子氣體盤，」該研究的合著者、加州大學歐文分校的亞倫·巴斯說，「NGC 3258星系是我們發現的最佳目標，因為我們從中追蹤到的旋轉盤比其他任何星系都更靠近黑洞。」 正如地球受到了更強的引力，因此繞太陽公轉的速度比冥王星更快，NGC 3258星系氣體盤的內部區域也是如此。由於黑洞引力的影響，氣體盤內部區域的旋轉速度要比外部區域快得多。ALMA的數據顯示，在距離黑洞500光年的外邊緣，氣體盤的轉速約為每小時100萬公里；而在距離黑洞65光年的氣體盤中心，轉速達到了每小時300多萬公里。 研究人員通過模擬氣體盤的旋轉來確定黑洞的質量，並考慮了星系中心區域恆星的額外質量和其他細節，如氣體盤輕微扭曲的形狀。對氣體盤快速旋轉的清晰探測使研究人員能夠以優於1%的精度來確定黑洞的質量，盡管他們估計測量結果中還有額外12%的不確定性，因為地球與NGC 3258星系的距離並不是很精確。不過，即使考慮到距離的不確定性，這項研究也是對銀河系以外的任何黑洞最精確的質量測量之一。 「下一個挑戰是找到更多像這樣近乎完美的旋轉氣體盤的例子，這樣我們就可以應用這種方法，在更大的星系樣本中測量黑洞質量，」 博伊澤爾總結道，「更多達到這一精度水平的ALMA觀測也將幫助我們更好地理解星系和黑洞在整個宇宙年齡中的成長情況。」（任天） 來源：cnBeta

天文學家首次探測到黑洞背後的光，再次證實愛因斯坦的廣義相對論是正確的。研究人員在研究一個距離我們8億光年外的茲威基1號螺旋星系中心的超大質量黑洞發出的X射線時，觀察到一個意想不到的現象。除了預期的來自黑洞前側的X射線之外，科學家們還觀測到許多來源不明的「發光回波」。 更奇怪的是，這個來源不明的光爆發規模更小，到達時間也更晚，顏色也和來自黑洞前側的耀斑顏色不同。 研究人員很快意識到，這些回波可能來自超大質量黑洞的背面。這恰好印證了愛因斯坦的廣義相對論，即黑洞會扭曲時空，從而使得光能夠在黑洞周圍傳播。 任何進入黑洞的光都逃不出來，所以我們本看不到黑洞背後的任何東西。但我們能看到那些光，是因為那個黑洞正在扭曲自身周圍的空間、光線和磁場。 愛因斯坦的廣義相對論描述了大質量物體扭曲宇宙結構——時空——的現象。愛因斯坦發現，引力並非來自一股看不見的力量，而單純是我們對物質和能量引起的時空扭曲的一種體驗。 反過來，這個彎曲的空間為能量和物質的運動設定了規則。雖然我們都知道光線沿直線傳播，但是穿越高度扭曲的時空（如黑洞周圍的空間）的光線卻會沿曲線傳播。所以，在這個例子中，我們看到了從黑洞背面繞到黑洞前面的光。 這也並非是天文學家們首次發現黑洞會扭曲光線，他們把這個現象稱為「引力透鏡」。但是，這的確是天文學家們首次探測到來自黑洞背後的光回波。 愛因斯坦在1915年提出廣義相對論。天文學家們起初沒有打算證實這個一百多年前的理論。事實上，他們只是希望使用歐洲航天局X射線天文衛星XMM-牛頓衛星和NASA的NuSTAR太空望遠鏡來觀測黑洞的事件視界外圍超熱粒子雲層發出的光。黑洞的事件視界是一個邊界，一旦進入這個邊界，一切東西都有去無回。 這層超熱粒子雲層——「黑洞光環」——圍繞在黑洞的四周，任何物質落入其中都會加熱這層光環。研究人員稱，光環的溫度可以達到數百萬度，高溫使電子從原子中剝離，進而將粒子雲變成磁化的等離子體。黑洞的自旋導致光環等離子體的組合磁場在黑洞上方形成很高的弧線並最終斷裂。斷裂時，大量X射線從光環中釋放出來。 這個磁場被束縛在一起，然後突然靠近黑洞，加熱周圍的一切，並產生這些高能電子，然後這些電子繼續產生X射線。 既然研究人員已經觀察到這一現象，他們下一步將更詳細地研究光線如何在黑洞周圍彎曲，並研究黑洞光環產生如此明亮的X射線耀斑的方式。 來源：cnBeta

據媒體報導，在黑洞內部發生的事情會一直留在黑洞內，但是在黑洞的「影響范圍」（即黑洞引力占主導地位的星系最內部區域）內部發生的事情引起了天文學家的強烈興趣，並且可以幫助確定黑洞的質量以及它對星系附近的影響。 天文學家用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）進行的新觀測提供了一個前所未有的特寫視角，即圍繞超大質量黑洞旋轉的冷星際氣體漩渦盤。這個圓盤位於NGC 3258的中心，這是一個距離地球約1億光年的巨大橢圓星系。基於這些觀測，由來自德克薩斯A&M大學和加州大學爾灣分校的天文學家領導的團隊已經確定，這個黑洞的重量達到了驚人的22.5億個太陽質量，是迄今為止用ALMA測量到的最大規模的黑洞。 盡管超大質量黑洞的質量可能是太陽的幾百萬到幾十億倍，但它們只占整個星系質量的一小部分。將黑洞的引力與星系中心的恆星、星際氣體和暗物質的影響隔離開來是一項挑戰，需要在非常小的尺度上進行高度敏感的觀測。 德克薩斯A&M大學的博士後研究員、發表在《天體物理學雜誌》上的這項研究的主要作者Benjamin Boizelle說：「在准確確定黑洞的質量時，觀察盡可能靠近黑洞的物質的軌道運動是至關重要的。對NGC 3258的這些新觀測表明，ALMA具有驚人的力量，能夠以驚人的細節繪制超大質量黑洞周圍氣態盤的旋轉圖。」 天文學家使用各種方法來測量黑洞的質量。在巨大的橢圓星系中，大多數測量結果來自於對黑洞周圍恆星的軌道運動的觀測，這些觀測是以可見光或紅外光進行的。另一種技術，即利用圍繞黑洞運行的氣體雲中自然產生的水蒸氣（無線電波長雷射），可以提供更高的精度，但這些水蒸氣非常罕見，幾乎只與具有較小黑洞的螺旋星系有關。 在過去的幾年里，ALMA開創了一種新方法來研究巨型橢圓星系中的黑洞。大約10%的橢圓星系在其中心包含有規律旋轉的冷而密集的氣體盤。這些盤含有一氧化碳（CO）氣體，可以用毫米波長的射電望遠鏡來觀察。通過利用CO分子發射的都卜勒位移，天文學家可以測量雲層的速度，而ALMA使得解決星系中心的軌道速度最高的問題成為可能。 該研究的共同作者、加州大學歐文分校的Aaron Barth說：「我們的團隊幾年來一直在用ALMA測量附近的橢圓星系，以尋找和研究圍繞巨型黑洞旋轉的分子氣體盤。 NGC 3258是我們發現的最好的目標，因為我們能夠追蹤到比其他星系更接近黑洞的圓盤旋轉。」 正如地球圍繞太陽運行的速度比冥王星快，因為它經歷了更強的引力，由於黑洞的引力，NGC 3258圓盤的內部區域比外部區域的運行速度快。ALMA的數據顯示，圓盤的旋轉速度從距離黑洞約500光年的外緣的每小時100萬公里上升到距離黑洞僅65光年的圓盤中心附近的每小時超300萬公里。 研究人員通過模擬圓盤的旋轉來確定黑洞的質量，同時考慮到星系中心區域恆星的額外質量和其他細節，如氣態圓盤的輕微扭曲形狀。對快速旋轉的清晰檢測使研究人員能夠以優於1%的精度確定黑洞的質量，盡管他們估計在測量中還有12%的系統不確定性，因為與NGC 3258的距離並不十分精確。即使考慮到不確定的距離，這也是對銀河系以外的任何黑洞最高度精確的質量測量之一。 Boizelle總結說：「下一個挑戰是找到更多像這樣的接近完美的旋轉盤的例子，這樣我們就可以應用這種方法來測量更大的星系樣本中的黑洞質量。達到這種精度水平的其他ALMA觀測將幫助我們更好地了解星系和黑洞在整個宇宙時代的增長情況。」 來源：cnBeta

據媒體報導，位於星系中心的黑洞是宇宙中最神秘的天體之一，這不僅是因為它們內部的物質數量巨大，是太陽質量的數百萬倍，而且還因為物質難以置信地密集在一個不比太陽系大的體積內。當它們從周圍環境中捕獲物質時，它們會變得活躍，並能從捕獲過程中發出巨大的能量，盡管在這些捕獲事件中不容易探測到黑洞，而這些事件並不頻繁。 然而，由加那利群島天體物理研究所（IAC）的研究人員Almudena Prieto領導的一項研究發現了狹長的塵埃絲，它們圍繞著這些星系中心的黑洞並為其提供能量，這可能是許多星系的核黑洞活躍時中心變暗的自然原因。這項研究的結果最近發表在《皇家天文學會月報》（MNRAS）雜誌上。 通過利用來自哈勃太空望遠鏡、歐洲南方天文台（ESO）的甚大望遠鏡（VLT）和智利的阿塔卡瑪大型毫米波陣列（ALMA）的圖像，科學家們已經能夠直接獲得這些塵埃絲對星系NGC 1566中的一個黑洞進行「核哺育」的過程。根據這張合並的圖像，人們可以看到塵埃絲如何分離，然後直接向星系的中心移動，在那里它們圍繞著黑洞進行循環和旋轉，然後被黑洞吞噬。 論文第一作者Almudena Prieto解釋說：「這組望遠鏡圖像給了我們一個全新的視角來觀察超大質量黑洞，這要歸功於高角度解析度的成像和其周圍環境的全景可視化，因為它讓我們跟蹤塵埃細絲落入黑洞時的消失情況。」 這項研究是IAC長期PARSEC項目的結果，該項目旨在了解超大質量黑洞如何從其漫長的「冬眠生活中蘇醒過來」，並在經過從其周圍環境中吸收物質的過程後，成為宇宙中最強大的天體。 來源：cnBeta

當黑洞與其他黑洞碰撞時，通過其引力波信號探測到的黑洞，可能是更早的母體碰撞的產物。到目前為止，這樣的事件只被暗示過，但是英國伯明罕大學和美國西北大學的科學家認為，我們正在接近追蹤這些所謂的 "分層"黑洞中的第一個。 伯明罕大學的Davide Gerosa博士和西北大學的Maya Fishbach博士在發表在《自然-天文學》上的一篇評論文章中提出，最近的理論發現加上天體物理模型和記錄的引力波數據將使科學家能夠准確解釋來自這些事件的引力波信號。 自從2015年9月LIGO和Virgo探測器探測到第一個引力波以來，科學家對這些信號產生了越來越細微和復雜的解釋。盡管2019年對GW190521的探測--迄今為止探測到的最大規模的黑洞合並--被認為是迄今為止最有希望的候選。 "我們認為，迄今為止探測到的大部分引力波是第一代黑洞碰撞的結果，"Gerosa博士說。"但我們認為，其他的黑洞很有可能包含以前合並的殘余物。這些事件將具有獨特的引力波特徵，表明質量較高，以及由母體碰撞引起的不尋常的旋轉。" 了解可能產生此類物體的環境特徵也將有助於縮小搜索范圍。這必須是一個有大量黑洞的環境，而且是一個密度足以在黑洞合並後保留它們的環境，這樣它們就可以繼續合並。 例如，這些可能是核星團或吸積盤，也就是包含氣體流、等離子體和其他粒子圍繞著星系中心的緊湊區域。 "LIGO和Virgo合作已經發現了50多個引力波事件，"Fishbach博士說。"在接下來的幾年里，這將擴大到數千個，給我們提供了如此多的機會來發現和確認宇宙中像分層黑洞這樣的不尋常物體。" 來源：cnBeta

史丹福大學的天體物理學家報告了首次探測到來自黑洞背後的光，對光的探測實現了愛因斯坦廣義相對論的一個預言。研究人員觀察到一系列明亮的X射線耀斑，這並不奇怪。但出乎意料的是，望遠鏡記錄到了更多的X射線閃光，這些閃光比最初觀察到的明亮耀斑更小、更晚，而且 "顏色 "不同。 研究人員推斷，這些發光的回聲與從黑洞後面反射的X射線相一致。史丹福大學天體物理學家丹·威爾金斯說，進入黑洞的光不會出來，所以我們不應該看到它背後的東西，而之所以能夠從後面看到X射線，是因為黑洞在扭曲空間，彎曲光線，並在自身周圍扭曲磁場。 這是第一次直接觀察到來自黑洞背後的光線，這是廣義相對論所預言的一種情況，但直到現在還沒有得到證實。觀察來自黑洞背後的光線並不是這項研究的目標。研究人員最初的動機是為了進一步了解一些黑洞的神秘特徵，即耀斑。 當物質落入超大質量黑洞時，它會產生一些宇宙中最明亮的連續光源。隨著這些光的產生，它在黑洞周圍形成了一個耀斑。研究人員指出，這種光是X射線光，可以通過分析來繪制黑洞的地圖並確定其特徵。關於什麼是耀斑的領先理論與氣體滑入黑洞有關，在那里這些氣體會被加熱到數百萬度，在如此高的溫度下，電子與原子分離，產生了磁化等離子體。由於黑洞周圍有如此高的引力，磁場在黑洞上方形成弧形，並圍繞著自己旋轉，以至於最終斷裂。磁場被捆綁起來，然後緊貼著黑洞，加熱周圍的一切，產生高能電子，由此產生X射線。 對黑洞的觀測正在進行中，科學家將在未來繼續利用名為雅典娜的歐空局X射線觀測站。 來源：cnBeta

據媒體報導，史丹福大學天體物理學家Dan Wilkins在觀察8億光年之外星系中心的超大質量黑洞向宇宙發射的X射線時注意到一個有趣的模式。他觀察到一系列明亮的X射線耀斑--這雖然令人興奮但並非前所未有--然後，望遠鏡記錄了一些意想不到的事情：更多的X射線閃光比明亮的耀斑更小、更晚且「顏色」不同。 第一次探測到黑洞背後的光 根據理論，這些發光的回聲跟黑洞背後反射的X射線一致--但即使是對黑洞的基本了解也告訴我們，這個光來自一個奇怪的地方。 「任何進入黑洞的光都不會出來，所以我們不應該看到黑洞後面的任何東西，」Wilkins指出，他是史丹福大學Kavli粒子天體物理和宇宙學研究所和SLAC國家加速器實驗室的研究科學家。然而，這是黑洞的另一個奇怪的特徵，從而使這種觀測成為可能。Wilkins表示：「我們之所以能看到這種現象，是因為黑洞正在扭曲空間、彎曲光線、扭曲自身周圍的磁場。」 日前發表在《自然》上的一篇論文詳細介紹了這一奇怪的發現，它是第一次直接觀察到黑洞背後的光--愛因斯坦的廣義相對論預測了這種情況，但直到現在才得到證實。 「50年前，當天體物理學家開始推測磁場在接近黑洞時的行為時，他們不知道有一天我們可能會有直接觀察這一現象的技術並看到愛因斯坦廣義相對論的實際作用，」Roger Blandford說道。 如何看到黑洞 這項研究的最初動機是為了更多地了解某些黑洞的神秘特徵即日冕。墜入超大質量黑洞的物質為宇宙中最亮的連續光源提供了能量並在黑洞周圍形成了日冕。這種光--X射線光--可以被分析來描繪和描述黑洞。 關於什麼是日冕的主要理論始於氣體滑入黑洞並過熱至數百萬度。在這個溫度下，電子從原子中分離出來並形成磁化的等離子體。在黑洞強大的自旋中，磁場在黑洞上方形成了很高的弧線並圍繞自身劇烈旋轉、最終完全斷裂--這種情況讓人想起我們的太陽周圍發生的事情，因此它借用了「日冕」的名字。 Wilkins說道：「這個磁場綁在一起，然後突然靠近黑洞、加熱它周圍的一切並產生這些高能電子，這些電子接著產生X射線。」 當Wilkins仔細觀察耀斑的起源時，他看到了一系列較小的閃光。研究人員確定，這些都是相同的X射線耀斑，但從圓盤的背面反射回來--這是對黑洞遠端的第一次一瞥。 Wilkins說道：「幾年來，我一直在從理論上預測這些回聲對我們的影響。我已經在我的理論中看到了它們，所以一旦我在望遠鏡觀測中看到它們，我就能找出它們之間的聯系。」 未來的觀測 描述和理解日冕的任務仍在繼續，並且還需要更多的觀察。未來的一部分將是ESA的X射線天文台Ahtena。作為史丹福大學物理學教授Steve Allen實驗室的一員以及SLAC粒子物理學和天體物理學教授，Wilkins正在幫助Athena研製部分寬場成像儀探測器。 Wilkins表示：「它有一個比我們以前用X射線望遠鏡看到的更大的鏡面，它將讓我們在更短的觀測時間內獲得更高的解析度。所以，有了這些新的天文台，我們現在從數據中得到的圖像將變得更加清晰。」 來源：cnBeta

據媒體報導，天文學家們表示，質量相當於數百萬個太陽的黑洞確實對新恆星的誕生起到了抑製作用。研究人員利用機器學習和三個最先進的模擬來支持大型天空調查的結果，解決了一個長達20年的關於恆星形成的爭論。劍橋大學的博士生Joanna Piotrowska於2021年7月20日在虛擬國家天文學會議（NAM 2021）上介紹了這項新工作。 長期以來，星系中的星體形成一直是天文學研究的一個焦點。幾十年的成功觀測和理論建模使我們很好地理解了在我們自己的銀河系內外，氣體是如何坍縮形成新的恆星的。然而，由於像斯隆數字天空調查（SDSS）這樣的全天空觀測計劃，天文學家們意識到，在本地宇宙中並非所有的星系都在積極地形成恆星--存在著大量的「靜止 」天體，它們以慢得多的速度形成恆星。 是什麼阻止了星系中的恆星形成，這個問題仍然是我們對星系演化的理解中最大的未知數，在過去的20年里一直在爭論。Piotrowska和她的團隊建立了一個實驗來找出可能的原因。 使用三個最先進的宇宙學模擬--EAGLE、Illustris和IllustrisTNG--天文學家研究了在SDSS觀測到的真實宇宙中所期望看到的情況，當時不同的物理過程在大質量星系中停止了恆星形成。 天文學家們應用機器學習算法將星系分為恆星形成和靜止兩種，詢問以下三個參數中哪一個最能預測星系的結果：在星系中心發現的超大質量黑洞的質量（這些怪物天體的質量通常是我們太陽的數百萬甚至數十億倍），星系中恆星的總質量，或者星系周圍暗物質暈的質量。 然後，這些參數使研究小組能夠找出哪個物理過程：超大質量黑洞的能量注入、超新星爆炸或大質量光環中氣體的沖擊加熱是迫使星系進入「半退休」狀態的原因。 新的模擬預測，超大質量黑洞的質量是給恆星形成「踩剎車」的最重要因素。最重要的是，模擬結果與當地宇宙的觀測結果相吻合，為研究人員的發現增加了砝碼。 Piotrowska說：「看到模擬結果准確地預測了我們在真實宇宙中看到的情況，這真的很令人興奮。超大質量黑洞--質量相當於幾百萬甚至幾十億個太陽的天體--確實對其周圍環境有很大的影響。這些怪物天體迫使它們的宿主星系進入一種『半退休』的恆星形成狀態。」 來源：cnBeta

7月22日消息，目前，最新一項研究表明，一個由數千顆恆星組成的星團可能在10億年內分解成幾十個黑洞。研究人員稱，這種「黑暗命運」可能是由目前位於該星團內幾十個黑洞的活動引起的，而該發現可能會為未來銀河系中數十個類似星團的未來命運帶來啟示。 科學家分析了球狀星團，它們是由古老恆星密集堆積而成的，它們大致呈球形，每個球狀星團都可能包含著多達數百萬顆恆星，銀河系存在150多個球狀星團，排列在銀河系周圍一個近似球形的暈狀結構中。 研究人員重點分析了「帕洛馬5號」星團，這是一個位於銀河系暈中的球狀星團，形成已有大約115億年，它距離地球大約65000光年，位於巨蛇星座。 研究報告作者、西班牙巴塞隆納大學天體物理學家馬克·吉爾勒斯稱，帕洛馬5號星團是宇宙已知最稀疏的球狀星團之一，而球狀星團平均質量是太陽的20萬倍，平均直徑大約20光年，帕洛馬5號星團的質量大約是太陽的1萬倍，其直徑大約130光年，整體密度比球狀星團平均數值低3000倍。 同時，帕洛馬5號星團以擁有兩條「長尾」而聞名，事實上長尾是星團脫離的恆星構成，壯觀的兩條長尾跨越22800光年，該星團迄今觀測到為數不多的長尾星團之一，通過這項研究將有助於科學家更全面地了解星團長尾是如何形成的。 之前研究表明，帕洛馬5號長尾是由銀河系撕碎該星團導致的，星系引力對該星團的一側牽引力導致整體失衡，最終導致星團一側被撕裂，這是月球引力在地球上產生海洋潮汐的一個極端版本。這種所謂的「潮汐剝離」可能不僅有助於解釋帕洛馬5號星團的長尾結構，還將解釋近期在銀河系光暈結構中發現的幾十條狹窄的恆星流。 吉爾勒斯說：「我將帕洛馬5號星團看作是『羅塞塔石碑』，它讓幫助我們更深入地了解宇宙星河的形成過程，洞察宇宙星河的起源。」 科學家認為，帕洛馬5號星團密度很低，很容易被潮汐引力剝離，從而形成尾狀結構。然而，它的部分恆星特徵表明，它可能曾經是一個密度更大的球狀星團。 目前，吉爾勒斯和同事認為，帕洛馬5號星團可能曾經密度很大，目前的稀疏性和長尾結構可能是由於其內部潛伏著100多個黑洞所導致的。 研究人員模擬了帕洛馬5號星團中每顆恆星的軌道和演變過程，直到這個球狀星團最終解體。他們改變了模擬星團的初始屬性，直到他們發現該星團和長尾結構的實際觀測結果與之匹配。 科學家發現，帕洛馬5號的結構和長尾可能是由占該星團質量20%的黑洞導致的，具體而言，他們認為帕洛馬5號星團目前可能擁有124個黑洞，每個黑洞平均是太陽質量的17.2倍。吉爾勒斯稱，總體而言，帕洛馬5號星團中的黑洞數量是相近質量大小球狀星團所擁有黑洞數量的3倍。 在這種情況下，像典型的球狀星團一樣，帕洛馬5號星團由僅占其質量一小部分的黑洞組成。然而，黑洞的作用卻不容小覷，黑洞引力對周邊的恆星造成影響，使該星團不斷膨脹，從而更容易被銀河系引力撕裂。他們模擬計算顯示，10億年之後，帕洛馬5號星團可能會將所有恆星噴射出去，僅殘留黑洞。 吉爾勒斯和同事認為，密度較大的球狀星團內部引力相互作用可能促使它們噴射出大部分黑洞，因此密度較大的球狀星團可能僅保留它們的大部分恆星，與此相反，研究人員發現像帕洛馬5號這樣的球狀星團在最初密度較低的時期，可能會拋出較少的黑洞，而不是釋放它們的大部分恆星。因此，黑洞可能完全主宰這些球狀星團，並占據該星團100%的質量。 吉爾勒斯說：「最讓我興奮的是，我終於明白為什麼一些星團很大，而另一些星團則很小，許多人會簡單地認為，這是不同的形成渠道所致，也就是宇宙自然演變的結果，我們的研究表明，外觀上的差異是由進化決定的，也就是後天演變過程形成的結果。」 由於帕洛馬5號星團的特徵也存在於其他密集星團，從而可以推測該星團可能與其他星團的形成方式十分接近。 吉爾勒斯稱，我們可以設計一個沒有黑洞的帕洛馬5號星團模型，其密度未達到最初形成時的密度等級，但它也符合天文學家觀測到的所有細節，然而這種方式形成星團的機率僅有0.5%。「無黑洞」星團模型在宇宙中不太可能出現，也不能解決帕洛馬5號星團類似其他緻密星團的問題。 這項發現可能有助於揭曉銀河系10%球狀星團的形成之謎，它們像帕洛馬5號星團一樣蓬鬆，質量不足太陽的10萬倍，但它們的直徑超過65光年。研究人員認為，這些蓬鬆的球狀星團富含黑洞，最終可能會完全溶解，產生許多稀薄的恆星流。未來的研究可通過分析帕洛馬5號星團更多地了解其內部黑洞，目前這項最新研究報告發表在7月5日出版的《自然天文學雜誌》上。（葉傾城） 來源：cnBeta

據媒體New Atlas報導，天文學家首次拍攝到了一個超大質量黑洞發出的射電射流的特寫圖像。事件視界望遠鏡（EHT）以16倍的解析度和10倍的頻率放大了這個射流，以了解這個奇怪的現象。 根據名稱和性質，黑洞幾乎是不可見的，但它們可以通過它們創造的極端環境來顯示自己。當它們吸進灰塵和氣體時，這些物質會加熱並在圓盤中發光，形成一個明亮的背景，在這個背景上可以看到黑洞的輪廓。 2019年4月，EHT合作組織首次用這種方法公布了黑洞的直接圖像，向我們展示了位於Messier 87星系中心的超大質量「怪物」黑洞。今年早些時候的後續分析顯示了來自圓盤的光線的偏振情況。 現在，協作組將注意力轉向了另一個黑洞，它位於射電亮星系人馬座A的中心。它的質量為5500萬個太陽，只是M87的65億個太陽質量的黑洞的一小部分，但主要區別在於人馬座A是一個活躍的星系，從其中心黑洞發射出巨大的物質噴流。而這正是研究小組現在比以往任何時候都更近距離地拍攝到的東西。 這項研究的通訊作者Michael Janssen說：「這使我們第一次在比光在一天內傳播的距離更小的尺度上看到和研究銀河系外射電噴流。我們近距離地看到一個由超大質量黑洞發射的巨大射流是如何誕生的。」 該圖像的清晰度揭示了關於這些噴流性質的新線索。輻射似乎在邊緣比中心更亮，這可能有助於排除一些關於它們如何產生的模型。研究小組還能夠通過追蹤噴流的路徑，縮小黑洞在該區域的確切位置，並回到其起源點。這可以指導未來的觀測，使用更短的波長和更高的解析度對黑洞本身進行成像。 該研究發表在《自然-天文學》雜誌上。 來源：cnBeta

在黑洞附近，空間是扭曲的，以至於光線在黑洞周圍多次發生彎曲，這種現象在宇宙中普遍存在，雖然天文學家幾十年前已探測到該現象，但直到現在才有一個精確的數學公式進行表達。這是丹麥尼爾斯·波爾研究所研究生阿爾伯特·斯奈本的研究成果，他提出的數學公式能恰當地描述黑洞如何影響宇宙中的光線，該研究報告發表在近日出版的《科學報告》雜誌上。 人們對黑洞很熟悉，黑洞是一種連光都無法逃脫的神秘引力團，或許你可能聽說過，空間和時間在黑洞附近會表現得很奇怪，至少空間會發生扭曲。 在科幻電影《星際穿越》中一個發光氣體漩渦進入「卡岡都亞」黑洞，由於黑洞周圍的空間是扭曲的，所以我們可以觀察它的遠側，看到的僅是該氣體漩渦的一部分（被黑洞隱藏起來的）。目前，丹麥研究生阿爾伯特__斯奈本提出一個數學公式能恰當地描述黑洞如何影響宇宙中的光線 在黑洞附近區域，空間扭曲得非常嚴重，以至於光線會發生偏轉，非常鄰近黑洞的光線偏轉較大，以至於它會環繞黑洞運行數圈。因此，當我們觀察一個遙遠的背景星系（或者其他天體）時，我們可能會幸運地多次看到同一個星系的圖像，盡管它越來越扭曲。 「多個版本的星系」 黑洞扭曲周圍光線的機制很特殊，遙遠星系向各個方向釋放光線，它的一些光接近黑洞時會發生輕微偏轉，有些光線甚至更接近黑洞，繞著黑洞旋轉一圈，之後逃脫黑洞引力束縛，按照鄰近黑洞的光線由遠至近以此類推，當我們觀察更鄰近黑洞的光線時，所觀測到的不同扭曲偏轉程度的光線，可推演出相同星系的「多個版本」。 來自背景星系的光圍繞黑洞旋轉的次數越多，它通過黑洞的距離就越近，因此我們可以在幾個方向上看到同一個星系 簡單地講，如果我們站在黑洞之外的某個位置觀察，會有無數光的軌跡進入我們的觀測范圍，讓我們看到同一個背景星系的不同版本圖像，隨著距離黑洞越來越近，光繞行黑洞的次數也就越多，人們所觀測到的圖像版本也更多。這意味著，如果從地球角度觀測就會發現黑洞圖像會變得越來越「壓縮」，越鄰近黑洞的圖像就越被「拉扯」趨近環形結構，發生扭曲變形。對此物理學家提出困擾多年的一個問題：從一張黑洞圖像到下一張圖像的變化，意味著需要向黑洞靠近多少程度？ 事實上，這個答案早在 40 年前就已得出，大約是 500 倍，目前更准確地講該答案是 「2 π的指數函數」，即 e2 π，相當於 535.4916555247647 倍。 計算該數據是非常復雜的，以至於幾十年以來，科學家始終未推算出一種合理的數學和物理理論，來解釋為什麼大約 500 倍的根源，但是宇宙黎明中心研究生斯奈本運用一些微妙的數學技巧，成功地使用數學公式恰當描述黑洞如何影響宇宙光線，據悉，宇宙黎明中心是尼爾斯·玻爾研究所和 DTU 空間研究所的一個基礎研究中心。 斯奈本解釋稱，現在理解為什麼這些黑洞圖像會以如此微妙的方式重復，是一種非常有趣的事情，最重要的是，這將提供新的機會衡量我們對引力和黑洞的理解認知。 使用數學方法證明某種宇宙現象具有一定的說服力，事實上，這使我們更接近理解神秘的黑洞現象 。「500 倍」因子直接來自於黑洞和引力的工作原理，所以重復黑洞圖像現成為一種檢查測試引力的重要方法。 旋轉的黑洞 從「正面角度」觀測到的黑洞周圍的宇宙光，也就是我們如何從地球上觀察它。結果顯示，我們越近距離觀察黑洞，星系的「額外圖像」就越被擠壓和扭曲 e2 π這一數學公式直接與黑洞以及引力運行方式有關，該方法不僅適用於最簡單的「史瓦西黑洞」數學模型，同樣能推廣適用於旋轉黑洞，事實上，旋轉黑洞在宇宙中更為常見。 斯奈本解釋稱，當黑洞旋轉得非常快，就不必再以 500 倍的係數接近黑洞，而是該數值明顯下降。事實上，伴隨著越接近黑洞，每張黑洞的變化係數將減少，降低至 50 倍...

據媒體CNET報導，我們往往認為黑洞是巨大的、吞噬物質的龐然大物。但是，即使是超大質量黑洞，即存在於星系中心的引力「天坑」，也有各種各樣的尺寸。以M87*為例，它位於Messier 87星系的中心。它的質量大約是我們太陽的60億倍。或者你可以看看人馬座A（Sagittarius A*），它位於銀河系的中心，質量只比太陽大400萬倍。就超大質量黑洞而言，它很小。 M87*的驚人尺寸是它成為事件視界望遠鏡（EHT）捕捉世界上第一幅黑洞圖像的最佳候選者的部分原因。這一壯舉在2017年實現，當它在2019年被揭示給世界時，立即被譽為天體物理學中的一個突破。這幅圖像是多年工作的最高成就，使用了世界各地的少數幾個天文台，這些天文台基本上作為一個行星大小的望遠鏡發揮作用。這一突破讓科學家們看到了Messier 87的黑暗心臟所投下的陰影。 但這僅僅是個開始。 天體物理學家們並不打算只停留在一個黑洞上。他們隨後將注意力轉向了另一個超大質量黑洞，它的質量只有M87*的1/100，位於附近被稱為人馬座A的中心。使用捕捉到M87*的相同技術，天體物理學家現在能夠以超高的解析度拍攝到從人馬座A的黑洞中噴射出來的強大物質，揭示了關於這些令人困惑的現象是如何出現的。 這些細節於周一發表在《自然-天文學》雜誌上。 「EHT的主要目標是對黑洞進行成像，」德國波恩馬克斯-普朗克射電天文研究所的天體物理學家Michael Janssen說，他是這項研究的主要作者。「但是噴流是由我們正在研究的黑洞自然發射的。因此，為了充分了解黑洞，我們也需要了解這些射流以及它們是如何產生的。」 宇宙射流是由許多黑洞產生的--包括M87*--基本上是由快速旋轉的黑洞吸積盤拋出的失控的等離子體「列車」。 澳大利亞科廷大學的天體物理學家、國際射電天文學研究中心（ICRAR）的成員James Miller-Jones說："這些狹窄、集中的等離子體束從靠近黑洞（其大小小於我們的太陽系）的小范圍內帶走了能量，並以更大的尺度沉積到周圍環境。米勒-瓊斯說，噴氣機可以影響星系和星系團的演變--因此天文學家們渴望更好地了解它們。 Janssen及其同事就是這樣一個天文學家群體。他們想放大噴流，看看它們在靠近黑洞的地方是如何運作的。EHT使之成為可能。 EHT由來自世界各地的八個天文台組成，使用一種被稱為甚長基線干涉測量的技術，或VLBI。 Janssen指出，一般來說，更大的望遠鏡能提供更清晰的圖像--但你只能把它們造得這麼大。EHT不是製造一個單一的望遠鏡，而是將世界各地的望遠鏡虛擬連接起來，提供一個相當於 "數千公里大小 "的單一望遠鏡的解析度。 有了它，研究小組可以聚焦於人馬座A的噴流，並比以前更清晰地看到它。這也使他們能夠在極其接近黑洞的地方對噴流進行成像。 Janssen說：「我們能夠以亞光天的解析度研究這個噴流，這在以前是從未實現過的。EHT觀測使研究小組能夠看到距離黑洞大約0.6光天的地方--這聽起來很小，但它相當於太陽和冥王星之間距離的2.5倍，即96億英里。」 窺視人馬座A的「心臟」，並將他們的觀測結果與理論模型進行比較，研究小組發現這個黑洞的噴流邊緣變亮，看起來與M87*所產生的噴流驚人地相似。這很關鍵，因為它讓我們回到了我們的開篇問題。所有黑洞的功能都是一樣的嗎，無論大小如何？ 人馬座A的噴流表明情況可能是這樣的。這很重要，原因有二：它符合愛因斯坦的廣義相對論，而且它 「證明了噴流的基本屬性取決於發射它們的黑洞質量」，Miller-Jones說。他補充說，這種比例可能適用於小得多的黑洞，其質量僅為太陽的10到100倍。 來源：cnBeta

近期，中國科學院上海天文台和南京大學科研團隊合作，發現了黑洞熱吸積流中存在風的直接觀測證據。相關研究成果日前在國際學術期刊《自然·天文學》上發表。 宇宙中幾乎所有星系中心都存在一個超大質量黑洞，黑洞周圍的氣體在黑洞引力的作用下朝黑洞下落，形成黑洞吸積盤。吸積盤會發出強烈的輻射和物質外流，人類首張黑洞照片中拍到的輻射就是源於吸積盤。黑洞吸積是研究活動星系核、伽馬射線暴等重要高能天體物理現象的理論基礎。根據其溫度不同，黑洞吸積流分為「冷」、「熱」兩種，宇宙中大部分黑洞周圍是熱吸積流。熱吸積流中是否存在風曾經是該領域爭論的焦點問題。上海天文台科研團隊前期完成的理論研究證明，熱吸積流中存在很強的風。這一成果被同行專家稱為該領域的重要研究進展，它不僅決定了天文學家們如何理解黑洞的觀測結果，還被認為是影響整個星系演化的關鍵因素。 然而，這種風的觀測信號較弱等因素導致直接觀測證據欠缺。該研究中，合作團隊通過分析一個典型存在熱吸積流的黑洞——M81*的高解析度光譜，發現了鐵元素的紅移以及藍移的發射線。觀測數據表明，這些發射線是從速度約每秒3000公里的外流（風）中發出來的，而且這些外流的溫度為12keV。為理解這些觀測結果，合作團隊通過模擬計算，發現與觀測結果吻合。這一結果證明M81*中的確存在很強的風，首次發現了熱吸積流中風存在的直接觀測證據，驗證了熱吸積流理論預言的結果，有助於更好地理解黑洞吸積過程、黑洞與星系的共同演化等重要科學問題。 來源：cnBeta

據媒體報導，黑洞獲得新的力量廣義相對論是一個極其復雜的數學理論，但它對黑洞的描述卻出奇地簡單。一個穩定的黑洞可以用三個屬性來描述：它的質量、它的電荷和它的旋轉或自旋。由於黑洞不太可能有太多的電荷，它實際上只需要兩個屬性。 如果你知道黑洞的質量和旋轉，你就知道了關於黑洞的一切。 這個性質通常會用「無毛定理」來概括。具體來說，該定理斷言，一旦物質落入黑洞剩下的唯一特徵就是質量。就廣義相對論而言，質量就是質量。在任何情況下，黑洞的視界都是平滑的，沒有額外的特徵。正如Jocob Bekenstein所說的那樣，黑洞沒有毛發。 但盡管廣義相對論具有強大的預測能力，但它在量子理論方面存在一個問題。對於黑洞來說尤其如此。如果無毛定理是正確的，那麼當一個物體穿過視界時它內部的信息就被破壞了。量子理論認為，信息永遠不會被摧毀。所以有效的引力理論跟有效的量子理論存在矛盾的情況。這將導致諸如防火牆悖論等問題，即不能決定事件視界是熱的還是冷的。 為了解決這個矛盾，科學家們提出了好幾種理論，它們通常涉及到相對論的擴展。但標準相對論和這些修正的理論之間的區別只能在極端的情況下看到，這使得他們很難觀察研究。但發表在《Physical Review Letters》上的一篇論文展示了如何通過黑洞的旋轉來研究它們。 許多經過修正的相對論都有一個標準理論中沒有的額外參數。它被稱為無質量標量場，其允許愛因斯坦的模型以一種不矛盾的方式與量子理論聯系起來。在這項新工作中，研究小組觀察了這種標量場是如何跟黑洞的旋轉聯系在一起的。他們發現，在低自旋情況下，修正後的黑洞跟標準模型難以區分，但在高旋轉情況下，標量場允許黑洞具有額外的特徵。換言之，在這些替代模型中，快速旋轉的黑洞可以有毛發。 旋轉黑洞的可怕一面只能在事件視界附近看到，但它們也會影響黑洞的合並。正如作者指出的那樣，未來的引力波天文台應該能利用快速旋轉的黑洞來確定廣義相對論的替代理論是否有效。 愛因斯坦的廣義相對論已經通過了迄今的所有觀測挑戰，但在宇宙中最極端的環境下它可能會崩潰。像最新的這項研究表明了人類如何能發現接下來的理論。 來源：cnBeta

據《科學》報導，科學家發現了兩個黑洞吞噬中子星事件。大質量物體之間的劇烈合並是通過時空漣漪（或者說引力波）探測到的。科學家此前已發現過黑洞—黑洞或中子星—中子星的合並。 「大多數人認為存在黑洞—中子星合並，但這是首次確切看到這一現象。」幫助發現這一事件的美國西北大學引力波天文學家 Maya Fishbach 說。然而，對於這兩個事件，天文學家沒有看到任何可見光或其他電磁輻射。 5 年前，物理學家通過雷射干涉引力波天文台 （LIGO） 首次探測到引力波 。1 年後，歐洲處女座引力波探測器 （Virgo） 加入搜尋行列。很快，它們就聯合探測到了兩顆一起旋轉的中子星。 這些發現激起了許多研究人員對第三種明顯會產生引力波的宇宙事件的興趣，即黑洞—中子星合並。一些天體物理學家認為，這樣的事件更具啟發性，因為無特徵的黑洞會撕裂更復雜的中子星。他們希望這樣的碰撞能以前所未有的方式揭示中子星結構。 現在 ，LIGO 和 Virgo 團隊報導發現了兩個期待已久的事件。其中一個較強信號在 2020 年 1 月 15 日被探測到，數據顯示，這是一個約 6 倍太陽質量的黑洞吞噬一顆...

在普通人的眼中，黑洞是比較容易被檢測到的，因此它們的引力強大到連光都無法逃逸。通常情況下，恆星級別的黑洞（質量大約是太陽的幾倍甚至幾十倍）是分散在星系的各個區域內的。不過近日天文學家發現了一個黑洞密集的星團，並認為它有變成完全由黑洞組成的趨勢。 本周一發表在《Nature》的論文中，天文學家發現了正在銀河系游盪、編號為「Palomar 5」的星團，在這個星團上發現超過 100 個恆星質量的黑洞。雖然從概念上來說，這可能聽起來很可怕，但它比我們看到的要多。 Palomar 5 星團距離我們大約為 8 萬光年，星團中的恆星本身彼此間隔達 3 萬光年--形成了一個橫跨銀河系的恆星流。但是，吸引人們注意力的是黑洞。 來自巴塞隆納大學的天體物理學家、該研究的主要作者馬克·吉勒斯（Mark Gieles）說：「黑洞的數量大約比從星團中的恆星數量預期的大 3 倍，這意味著星團總質量的 20% 以上是由黑洞構成的。它們每個黑洞的質量約是太陽質量，它們在大質量恆星生命末期的超新星爆炸中形成，當時星團還很年輕」。 吉勒斯解釋說：「我們不知道這些星流是如何形成的，但一個想法是它們是被破壞的星團。然而，最近發現的星流都沒有與之相關的星團，因此我們不能確定。所以，要了解這些是如何形成的流形成，我們需要研究一個與星團直接相關的潮汐流 。Palomar 5 是唯一的案例，這就是我們詳細研究它的原因」。 研究團隊模擬了從星團形成直到解體過程中每顆恆星的軌道和演化。研究發現 ，Palomar 5 形成時的黑洞所占質量比例較低，但其中逃逸出星團的恆星比黑洞多，因此黑洞比例逐漸增加。黑洞在與恆星的引力相互作用中造成了星團膨脹，導致更多的恆星逃逸並形成了潮汐流。 來源：cnBeta

7 月 5 日消息，有一些規則，即便是宇宙中最極端的物體也必須遵守。有關黑洞的一個中心定律預測，黑洞的事件視界（任何物體都無法逃離的邊界）面積永遠不會縮小。這就是以物理學家史蒂芬·霍金命名的霍金面積定理，於 1971 年由霍金推導得出。 兩個黑洞碰撞和合並的藝術渲染圖 五十年後，一項最新研究利用引力波得出證據，表明黑洞事件視界的總面積永遠不會減少。麻省理工學院和其他地方的物理學家利用對引力波的觀測，首次證實了霍金提出的面積定理。他們的研究結果於 2021 年 7 月 1 日發表於《物理評論快報》上。 在這項研究中，研究人員仔細觀察了 GW150914， 這是雷射干涉引力波天文台 （LIGO） 在 2015 年探測到的第一個引力波信號 。GW150914 是兩個內旋黑洞的產物，這兩個黑洞合並產生一個新的黑洞，並釋放大量能量。這些能量以引力波的形式在時空中盪漾。 如果霍金的面積定理成立，那麼新黑洞的事件視界面積應該不會小於其兩個母黑洞的事件視界總面積。在新的研究中，物理學家重新分析了兩個黑洞碰撞之前和之後，來自 GW150914 的信號。他們發現，合並之後，事件視界的總面積確實沒有減少——他們以 95%...

知名理論物理學家史蒂芬·霍金，在 1971 年推導出了黑洞事件視界（任何物體都無法逃脫的邊界）的總面積永遠不會減少的定理。而基於引力波的最新觀測研究，已經首次證實了這點 —— 即使是宇宙中最極端的物體，也被發現遵守著特定的規則。 計算機模擬產生引力波信號的 GW150914 黑洞（來自：LIGO / SXS 項目） 在 2021 年 7 月 1 日發表於《物理評論快報》上的新文章中，研究人員仔細觀察了 GW150914 的引力波，它由雷射干涉引力波天文台（LIGO）於 2015 年首次觀測到。 霍金面積定理指出，新生黑洞的視界面積，不應小於母黑洞的視界總面積。而在這項新研究中，物理學家重新分析了宇宙碰撞前後來自 GW150914 的信號。 研究配圖 - 1：GW150914...

麻省理工學院和其他地方的物理學家利用引力波，首次在觀測上證實了霍金的黑洞面積定理。有一些規則，即使是宇宙中最極端的天體也必須「遵守」。關於黑洞的一個中心定律預測，黑洞事件視界的面積（即任何東西都無法逃脫的邊界）應該永不縮小。這一定律就是霍金面積定理，以物理學家史蒂芬·霍金的名字命名，他在1971年得出了這一定理。 50年後，麻省理工學院和其他地方的物理學家現在利用對引力波的觀測，首次證實了霍金的面積定理。他們的結果於周四發表在《物理評論快報》上。 在這項研究中，研究人員仔細觀察了GW150914，這是雷射干涉儀引力波觀測站（LIGO）在2015年探測到的第一個引力波信號。該信號是兩個黑洞的產物，產生了一個新的黑洞，同時還有大量的能量，以引力波的形式在時空中盪漾。 如果霍金的面積定理成立，那麼新黑洞的事件視界面積不應小於其母黑洞的視界總面積。在新研究中，物理學家們重新分析了GW150914在宇宙碰撞前後的信號，發現確實在合並後總的事件視界面積並沒有減少--他們以95%的置信度報告了這一結果。 他們的發現標志著對霍金面積定理的首次直接觀察確認，該定理已經在數學上得到證明，但直到現在還沒有在自然界中觀察到。該團隊計劃測試未來的引力波信號，看看它們是否可能進一步證實霍金定理或成為新的物理學的標志。 "有可能存在一個不同的緊湊天體的『動物園』，雖然其中一些是遵循愛因斯坦和霍金定律的黑洞，但其他的可能是稍微不同的『野獸』，"主要作者 Maximiliano Isi說，他是麻省理工學院卡夫利天體物理學和空間研究所的博士後研究員。「所以，這並不是說你做一次這個測試就結束了。你做這一次，它就是開始。」 這篇論文中的合著者還包括紐約州立大學石溪分校和Flatiron研究所計算天體物理學中心的 Will Farr、康奈爾大學的Matthew Giesler、加州理工學院的Mark Scheel，以及康奈爾大學的Saul Teukolsky 。 洞察力的時代 1971年，霍金提出了面積定理，引發了一系列關於黑洞力學的基本見解。該定理預測，黑洞事件視界的總面積--以及宇宙中的所有黑洞，都不應該減少。這一定律與熱力學第二定律奇怪地相似，該定律指出，熵，或一個物體內的無序程度，也不應該減少。 這兩個理論之間的相似性表明，黑洞可能表現為熱的、散發熱量的天體--這是一個令人困惑的命題，因為黑洞就其本質而言，被認為永遠不會讓能量逸出或輻射。霍金最終在1974年發表了有關這兩個觀點的研究，表明如果考慮到黑洞的量子效應，黑洞可以在很長的時間范圍內具有熵和輻射。這一現象被稱為 "霍金輻射"，至今仍是關於黑洞的最基本啟示之一。 "這一切都始於霍金的認識，即黑洞的總視界面積永遠不可能下降，" Isi說。"面積定律概括了70年代的一個黃金時代，所有這些見解都是在這里產生的。" 霍金和其他人已經證明面積定理在數學上是可行的，但在LIGO首次探測到引力波之前，一直沒有辦法對照自然界來檢查它。 霍金在世時聽到這一結果後，迅速聯系了LIGO的聯合創始人基普-索恩，他是加州理工學院的費曼理論物理學教授。他的問題是。這次探測能否證實面積定理？ 當時，研究人員沒有能力在信號中挑出合並前後的必要信息，以確定最終的視界面積是否像霍金定理假設的那樣沒有減少。直到幾年後， Isi和他的同事開發了一種技術，測試面積法則才變得可行。 之前和之後 2019 年，Isi 和他的同事開發了一種技術來提取GW150914 峰值之後的「混響」——兩個母黑洞碰撞形成新黑洞的那一刻。該團隊使用該技術挑選出特定頻率，或其他嘈雜後果的音調，他們可以用它們來計算最終黑洞的質量和自旋。 黑洞的質量和自旋與其事件視界面積直接相關，索恩回憶起霍金的疑問，向他們提出了後續問題：他們是否可以使用相同的技術來比較合並前後的信號，並確認面積定理？ 研究人員接受了挑戰，並在其峰值處再次分割了 GW150914 信號。他們開發了一個模型來分析峰值之前的信號，對應於兩個令人振奮的黑洞，並在它們合並之前識別兩個黑洞的質量和自旋。根據這些估計，他們計算了他們的總事件視界面積——估計大約等於 235000 平方公里，大約是麻薩諸塞州面積的九倍。 然後他們使用之前的技術提取新形成的黑洞的「振鈴」或「混響」，從中計算出它的質量和自旋，並最終計算出視界面積，他們發現相當於 367,000 平方公里。 「數據顯示，合並後視面積增加了，而且面積定律滿足的機率非常高，」Isi 說。「令人欣慰的是，我們的結果確實符合我們預期的範式，並且確實證實了我們對這些復雜的黑洞合並的理解。」 該團隊計劃使用來自義大利的 LIGO 和...

我們都知道什麼是海嘯。在地球上，它們通常發生在水下地震或火山爆發導致海水移位，從而引發巨大的海浪，在陸地上造成破壞並導致死亡。天體物理學家最近使用計算機模擬顯示，超大質量黑洞可以創造類似海嘯的結構，在深空形成巨大的規模。 由超大質量黑洞創造的海嘯是由逃離黑洞引力的氣體組成。研究人員認為，黑洞周圍的環境可能承載著整個宇宙中最大的海嘯狀結構。黑洞是神秘的，全世界的科學家都在努力描述黑洞是如何扭曲環境的，即使是在離黑洞多光年的地方。 質量大於一百萬個太陽的黑洞從銀河系中心的周圍圓盤中吸收物質，當這一過程正在進行時，該系統被稱為活動星系核。研究人員認為，活躍的星系核可能在兩極有相對噴流，並且有固定的物質雲擋住了黑洞周圍中心活動的視野。 然而，等離子體在圓盤上方循環，剛好不會落入黑洞，而黑洞會發出極其明亮的光芒和X射線，使天文學家能夠對超過一百萬的物體進行編目。研究人員認為，由強輻射驅動的強風，在一種被稱為 "外流"現象中從中心區域流走。研究人員正試圖了解在黑洞的事件視界附近和產生X射線的地方，氣體與X射線的相互作用。 X射線發射出的外流可以解釋黑洞周圍被稱為雲的各種密度區域。這些雲的溫度是太陽表面的十倍，並以太陽風的速度移動。該小組首次證明了中央黑洞流出的雲層是多麼復雜。模擬顯示，就在超大質量黑洞對周圍物質失去引力的距離內，旋轉圓盤中相對冷的大氣可以形成類似於地球上海洋表面的波。然而，科學家們認為，當海嘯形狀的雲層形成時，它們已經不再受到黑洞引力的影響了。研究人員希望利用模擬結果和觀測天文學家的工作，在深空尋找動力學的跡象。 來源：cnBeta

新的研究表明，電荷守恆的基本定律在黑洞附近是如何被打破的。奇點，如黑洞中心的奇點，密度變得無限大，經常被說成是物理學 "崩潰"的地方。然而，這並不意味著任何事情都可能發生，物理學家們對哪些定律可能被打破，以及如何打破感興趣。 現在，來自倫敦帝國學院、科克洛夫特研究所和蘭卡斯特大學的一個研究小組提出了一種方法，即奇點可能違反電荷守恆定律。他們的理論發表在《物理學年鑒》上。 共同作者、來自帝國理工學院物理系的馬丁·麥考爾教授說。"'物理學在奇點分解'是流行物理學中最著名的聲明之一。但通過展示這種情況如何實際發生，我們瞄準了物理學中最珍貴的定律之一：電荷守恆。"電荷守恆定律認為，任何孤立系統的總電荷，包括整個宇宙都永遠不會改變。這意味著，如果帶負電或正電的粒子進入一個區域，同樣數量的分別帶電的粒子必須移出。 這一點已經在最小的尺度上得到了證明：當不同的粒子在大型強子對撞機等實驗中被創造或消除時，總是有相同數量的負電荷和正電荷粒子被分別產生或銷毀。 現在，通過修改經典物理學方程以包括軸子--暗物質的候選者，該團隊已經能夠表明，暫時的奇點--例如出現後又蒸發的黑洞--在其壽命結束時可以銷毀電荷。 軸子是可能解釋暗物質的假想粒子--宇宙中 "失蹤 "的85%的物質。它們的預測特性可以形成一個場，與物理學家們幾個世紀以來所知道的那種場--電磁場--相互作用，電磁場由一套稱為麥克斯韋方程的方程式描述。 利用數學的一個分支，即微分幾何學，該小組發現了如何創造或破壞電荷，違反了宇宙的電荷守恆。 共同作者、蘭開斯特大學物理系的喬納森-格拉圖斯博士說。"你可以想像創造一個'軸子炸彈'，通過結合耦合的軸子和電磁場來保持電荷；然後把它扔進一個蒸發的黑洞。當這個建築收縮並消失在奇點中時，它就會帶走電荷。  正是臨時奇點和新提出的軸子場類型的結合對其成功至關重要"。 共同作者、來自帝國理工學院物理系的保羅-金斯勒博士說。"這也有哲學意義。雖然人們經常喜歡說物理學'崩潰'，但在這里我們表明，雖然奇異現象可能會發生，但實際發生的事情還是受到奇點周圍仍然有效的物理學定律的制約。" 該團隊表示，軸子現象只會在極端條件下發生，目前在實驗室中無法創建，但未來在強雷射領域的進展可能會使該理論在陸地環境中得到測試。 來源：cnBeta

當天文學家使用望遠鏡回望宇宙中的物體時，他們看到了一些奇怪的東西，這些物體的光在數十億年後才到達地球。很大的黑洞在宇宙還很年輕的時候就已經存在了。這很奇怪，因為根據物理學家的理解，黑洞需要時間來吞噬足夠多的周圍物質，才能成長得如此巨大，所以那些黑洞似乎不應該有時間變得如此之大。 芝加哥大學和加州大學河濱分校的科學家們提出了一個令人驚訝的理論，來解釋在宇宙早期形成神秘的超大質量黑洞，這些黑洞可能是在暗物質的幫助下形成的。他們將天體物理學中的兩個偉大的謎團，即早期超大質量黑洞和暗物質非常巧妙地聯系在一起。 在宇宙的早期，可見物質是以氣體粒子雲的形式存在的，這些氣體粒子將成長為更密集的物體，如恆星和星系。這些雲可能會坍塌並形成一個種子黑洞，即超大質量黑洞的嬰兒階段。然而，科學家們說，在這種情況下，如果種子以正常速度進食，它將沒有足夠時間成長為早期宇宙中觀察到的最大規模黑洞。 但是在這些雲層中的普通物質旁邊有一個暗物質的光環，這是一種神秘的物質形式，我們可以知道它的存在，因為它對宇宙中的可見事物有引力。科學家們想知道，暗物質是否可以作為幫助創造超大質量黑洞的一種成分。根據他們的模擬，如果這些光環中的暗物質粒子相互碰撞，這種活動可能使系統的平衡走向崩潰。這是因為這些粒子在碰撞時可能會互相傳播熱量，使中心暈不穩定。他們還發現，暗物質的碰撞會耗散光環的角動量，這進一步使系統走向崩潰。 這樣的坍縮通常需要很長的時間。然而，普通物質在光環中心的存在增加了額外的質量，加深了那里的引力勢能，從而加速了熱量的擴散。普通物質的存在可以將坍縮的時間尺度縮短兩個數量級。這些 "種子"黑洞會比那些通常由普通氣體塌縮形成的黑洞大得多，就像嬰兒出生時已經重達100磅。從那里，它可以通過吞噬附近物質而開始正常成長。 科學家們正在研究這一理論的進一步影響，例如我們自己的銀河系和其他許多附近大型星系中超大質量黑洞起源。它也可能是關於暗物質本身一個指示，我們很難直接觀察到暗物質粒子之間是否可以相互碰撞，但是如果這個理論得到證實，就可以作為它們可以碰撞的證據。 來源：cnBeta

據媒體報導，探測兩個黑洞或兩顆中子星碰撞產生的引力波已經變得很平常了，但現在天文學家已經探測到了三重彩(trifecta)中的最後一塊--一個黑洞吞噬了一顆中子星。兩個獨立事件在短短幾天內相繼發生，黑洞就像吃豆人一樣吞噬了恆星。 引力波是時空本身結構中的漣漪，是由宇宙中一些最劇烈的災難引起的，如黑洞和中子星等大質量物體之間的碰撞。自2015年獲得諾貝爾獎的首次發現以來，科學家已經發現了50多個這樣的事件。 現在，天文學家們確認了兩個新里程碑式的發現。第一次發生在2020年1月5日，當時一個質量約為太陽質量9倍的黑洞吞噬了一顆質量為太陽質量1.9的中子星。它似乎發生在大約9億光年之外，不過它在天空中的位置很難精確確定，因為LIGO-Virgo Collaboration探測器中的三個探測器之一當時處於離線狀態。 第二個這樣的事件發生在10天後的1月15日，其涉及一個6個太陽質量的黑洞和一個1.5個太陽質量的中子星，距離地球約10億光年。這一次，所有三個探測器都已安裝並運行，因此科學家們可以更精確地追蹤位置--盡管這仍是比滿月大3000倍的一片天空。 在過去，已知中子星對碰撞會產生其他波長的驚人信號如可見光、無線電、X射線和伽馬射線。因此，在這些發現之後，天文學家們急忙掃描天空以尋找任何閃光或其他信號。雖然沒有發現，但研究小組表示，這並不奇怪，因為涉及到的遙遠距離意味著任何光線都會非常微弱。 根據天文學家的說法，另一個因素是黑洞可能是純食者。正如天文學家Susan Scott所指的那樣，它們似乎「就像吃豆人一樣」將中子星全部吞噬掉了。 這項研究的論文作者之一Patrick Brady說道：「這些事件並不是黑洞像餅干怪獸一樣咀嚼恆星並向周圍投擲碎片。這種『折騰』會產生光，我們認為在這些情況下不會發生。」 這是天文學家首次證實黑洞和中子星之間的碰撞，但還有其他的可能性。第一次是在2019年4月26日，但科學家後來得出結論，該信號很可能只是探測器噪音。2019年8月發現了第二個，但目前仍未確定到底是哪種天體。 下一次觀測運行將在探測器進行升級後--於2022年年中開始。毫無疑問，在那之後人們會迎來一些令人難以置信的新發現。 來源：cnBeta

宇宙中有無數的黑洞，最近的黑洞距離我們約1500光年，而在銀河系的中心，座落著一個被稱為人馬座A*（Sagittarius A*）的超大質量黑洞，距離我們大約25000光年。通常情況下，太空旅行者可能會嘗試在平靜的G型主序星（光譜型態為G，發光度為V的主序星，質量約為0.8至1.2太陽質量，表面有效溫度為5300至6000K）周圍尋找家園，但一些足夠勇敢的星際居民或許會冒險前往黑洞周圍，尋找理想的庇護所。 在黑洞附近定居肯定不容易，但這也意味著你幾乎肯定會比其他人更了解時空的本質。 感興趣嗎？如果你想在黑洞周圍安家，以下指南或許能為你提供參考。祝你好運！ 關於黑洞的基本知識 在第一次抵達黑洞附近時，你很可能會被它的極度「無聊」所震撼。黑洞本身就是一個懸在遙遠宇宙中的黑色球形物，深不可測，難以理解。它們就在那里，什麼也不做，依靠自身的質量發揮著引力作用。事實上，黑洞是出了名的容易被忽略，除非它們主動吞噬物質，或者碰巧擋住了背景中的恆星光線，否則你根本看不到它們。一旦確定黑洞所在的位置，你就可以開始行動了。 黑洞的大小由其質量決定的。1915年，德國天文學家卡爾·史瓦西首先針對廣義相對論的核心方程——愛因斯坦場方程——推導出了關於球狀物質分布的解——史瓦西度規，又稱史瓦西解。這樣的解又可被稱為史瓦西黑洞，該天體的半徑也以他的名字命名，即史瓦西半徑。最小的黑洞，其史瓦西半徑不會超過一做中等城市的長度，而最大黑洞的史瓦西半徑則可以包含整個太陽系。 史瓦西度規在物理學上可以對應任何球對稱星球外部的時空幾何，因此常用於近似旋轉緩慢（遠低於光速）的天體的引力場，如恆星、行星等。對於黑洞，球體本身就代表了其事件視界。在事件視界內，引力會變得異常強大，以至於任何東西，包括光，都無法逃脫。黑洞的引力會不斷地將時空拉向自己，這種拉力是如此之大，以至於在事件視界上，時空本身會以比光速更快的速度被拉進去。此時此地，如果你想逃跑的話，就必須對抗時空的極流。當然，你不可能做到這一點，最終還是會被困在里面。 不過，在怪異的事件視界之外，黑洞就顯得「正常」很多，許多物體都會圍繞其運轉。引力就是引力而已，太陽對我們的引力完全取決於太陽的質量，黑洞也是如此。如果用一個質量與太陽相當的黑洞來代替太陽，那太陽系的行星運行軌道將完全不受干擾（當然，地球上所有的動植物都會死掉，但那是另一個問題了）。 只要離黑洞足夠遠，你就不會感到有什麼異常。如果願意，你可以永遠保持在一個環繞黑洞的穩定軌道上。那麼，對於任何想居住在黑洞附近的人來說，究竟距離多遠才算「足夠遠」？我們可以計算出這一距離，即所謂的「最內層穩定圓軌道」（innermost stable circular orbit，簡稱ISCO）。對於一個簡單的、不旋轉的黑洞，其ISCO是史瓦西半徑的三倍。在這個距離以內，圍繞黑洞運行的穩定圓形軌道是不可能存在的，你要麼被拋入外部空間，要麼墜入事件視界之內。 對於更現實的旋轉黑洞，ISCO就很難計算，因為這取決於黑洞旋轉的速度，以及你所處的軌道是隨著黑洞旋轉（順行），還是反其道而行（逆行）。不過，一般來說，只要距離黑洞大於10倍的史瓦西半徑，就沒什麼問題。 光榮屬於引力 盡管黑洞本身看起來很無聊，但它們周圍的一切卻絕非如此，因為黑洞只做一件事：吸引周圍的物質。 無論黑洞的大小如何，圍繞其進行軌道運動的彌散物質都傾向於形成吸積盤；事實上，幾乎所有大質量緻密天體（如中子星）都涉及吸積盤。當氣體和塵埃進入黑洞附近時，角動量守恆將這些物質擠壓成一個又薄又平的圓盤。這種物質可以來自任何地方：隨機的星際氣體雲、附近天體的大氣，甚至是其他恆星被撕裂後的殘骸。無論來自何處，這些物質都會被黑洞的引力撕碎，碎片會沿著一條向內螺旋的的路徑，即「拉伸線」（tendex line），進入事件視界張開的大口。 黑洞周圍環境的活動劇烈程度取決於黑洞本身的質量。到目前為止，最常見的黑洞類型相對較小，只有幾倍的太陽質量。如果一個如此規模的黑洞恰好有一顆伴星圍繞其運行，當這顆伴星離得太近時，黑洞就會吸走它的大氣層。氣體在接近相對較小的黑洞時，必須壓縮才能進入，就好像有太多的人要同時擠進一部小電梯。當氣體被壓縮時，其溫度不斷升高，最終熱得足夠發出X射線。 天鵝座X-1黑洞藝術概念圖，正在吸食藍星的物質 通過觀測宇宙中X射線源的觀測，天文學家發現了天鵝座X-1（Cygnus X-1），這是最先被廣泛承認為黑洞的候選星體，估計其質量為太陽質量的14.8倍。由於其具有極高的密度，使得黑洞成為唯一合理的解釋；若是如此，它的事件視界半徑約為26公里。 質量最大的一類黑洞被稱為超大質量黑洞，堪稱宇宙中的「怪物」，其規模常常超過數億甚至數十億倍太陽質量。吸積過程的物理作用也同樣存在於超大質量黑洞周圍，只不過是按比例適當地放大。在這些黑洞周圍，吸積盤的溫度可以達到100萬開爾文。在這樣的溫度下，吸積盤所發出的輻射足以讓數百萬個星系加起來都黯然無光。 對於任何潛在的訪客而言，這些吸積盤既是詛咒又是祝福。如果你想在一個黑洞周圍建立自己的營地，你就必須用到吸積盤的能量；因為如果這個圓盤不存在的話，黑洞本身並不會提供任何形式的光。當然，黑洞周圍有著強大到足以撕裂恆星的引力，吸積盤內的電場和磁場也差不多是整個宇宙中最強的，因此當你打算在這種地獄般的環境中生存時，會發現可用的能源異常充足，足以供幾代人使用。 然而，即使是沒有吸積盤的黑洞也能為你提供能量來源。這個過程被稱為彭羅斯機制（Penrose mechanism），又稱彭羅斯過程，是由諾貝爾獎得主、物理學家羅傑·彭羅斯推理出的一個過程。盡管該過程只適用於旋轉的黑洞，但問題不大。黑洞通常是在大質量恆星死亡時形成的，而恆星一直在旋轉，動量會轉移給黑洞。因此，宇宙中並不缺少旋轉的黑洞。 彭羅斯機制利用了旋轉黑洞的一個特殊區域：能層。旋轉物體拖拽著周圍的時空，所有物體都會如此，因為這是引力的正常作用。能層位於黑洞的事件視界之外，形狀呈扁球體，是一個不斷移動的時空區域，被黑洞沿著自身轉動的方向拖拽著。 彭羅斯發現，如果把一個物體扔進能層，使其分裂，就可以提取黑洞的能量。在物體分裂之後，有的碎片會掉進事件視界，從此消失不見；另一些碎片則仍然可以逃逸出去，脫離能層。逃逸出來的部分會從旋轉的時空中獲得推力，從而將旋轉黑洞的能量轉移出來。在通過彭羅斯機制吸取能量的過程中，黑洞的旋轉會變得越來越慢。當然，你不能永遠這麼做（最終會使黑洞停止旋轉），但鑒於黑洞在彭羅斯過程中能將物質噴射到數萬光年遠的地方，可以不用擔心能源枯竭的問題。 如果來自吸積盤或彭羅斯機制的能量不夠，你還可以利用黑洞的另一個特性：極端的引力。當光落入黑洞時，其能量會在接近事件視界時上升，就像一個球從山上滾下來時開始加速一樣。如果你能在事件視界上方逗留的話，你就將沐浴在高能輻射中。 一顆恆星正在被超大質量黑洞的強大引力所破壞（想像圖） 生活在黑洞邊緣 然而，事件視界上方不可能有穩定的軌道供你逗留，因此這種方法有優點，也有缺點。你可能會用到現代物理學中一些最神秘問題的解，但也可能面臨死亡。 和往常一樣，問題的關鍵在於引力。黑洞周圍的引力環境與恆星或行星周圍的引力環境並沒有太大的不同。質量就是質量，引力就是引力。黑洞之所以如此怪異，原因就在於其質量的分布；或者更確切地說，在於其質量的「不分布」。根據愛因斯坦的廣義相對論，我們首先確定了黑洞的存在，而且最初形成黑洞的一切「原料」，以及黑洞自誕生之後吸收的一切物質，都集中到了黑洞中心的一個極小區域，一個0維的幾何點，即奇點（singularity）。 根據廣義相對論，奇點具有無限的密度。這顯然是錯誤的，但我們暫時放著。在極端的濃縮質量下，引力效應會變得超乎想像。以潮汐力為例。月球對地球的引力導致了潮汐力：離月球較近的海洋受到額外的拉力，將其向上拉，而離月球較遠的海洋受到的拉力比平均水平小，最終導致地球上的海洋會隨著月球而起伏。 黑洞也能施加潮汐力，這也是它們能夠撕裂離得太近的恆星的原因。如果你掉進一個恆星質量的黑洞，潮汐力甚至會在你到達事件視界之前把你撕成碎片。然而，對於超大質量黑洞，你在接近事件視界時實際上可能注意不到潮汐力：無窮大密度的奇點離事件視界足夠遠，其潮汐力可以忽略不計。 根據廣義相對論，事件視界並沒有什麼特別之處。沒有邊界，沒有標志，也沒有閃光。如果你生活在那里，會發現食物嘗起來和平時沒什麼兩樣；只有你試圖轉身離開時，你才會意識到自己掉進了一個黑洞，已經被永遠困在那里。 然而，關於事件視界，除了從廣義相對論中學到的東西以外，還有更多的問題需要解決。而當我們用量子力學的工具來研究事件視界的微觀本質時，一切都失控了。 1979年10月，史蒂芬·霍金在普林斯頓大學 史蒂芬·霍金在20世紀70年代發現，事件視界可以分離在宇宙的量子泡沫中自發產生的粒子對。這就導致黑洞並不是「100%的黑」，而是在緩慢地發射輻射（每年不到一個光子），最終會完全蒸發掉。 這一認識催生了一個悖論。在霍金最初的理論中，黑洞發出的輻射是熱輻射，只不過是隨機的噪聲。但另一方面，我們也從量子力學中知道，信息不能被復制或銷毀——我們總能從信息的最終狀態重建初始狀態，反之亦然。因此，如果把一堆信息扔進一個黑洞，它所發出的輻射將是完全不含信息的，而黑洞會最終消失……這些信息發生了什麼？ 關於這一黑洞信息悖論，有研究者提出了一個名為「黑洞火牆」的假說。在這個高度推測性的假說中，事件視界遠不是另一個無聊的空間，而是一堵灼熱的量子能量牆。這些能量能將掉進黑洞的任何東西撕碎，並在燒成碎片的同時將其信息內容保持在事件視界上。霍金輻射仍繼續進行，只不過是以一種修改後的形式，慢慢地帶走所有這些信息。 我們不知道黑洞火牆是否存在。如果它確實存在於事件視界中，那外界的宇宙就無法觀測到它。也許觀察這道火牆的唯一方法就是冒險穿越到事件視界的另一邊。 超越事件視界 黑洞的事件視界是宇宙中一個很具體的例子，代表了已知物理學的失效之處——我們只是沒有足夠的復雜性來理解事件視界內到底發生了什麼。不過，如果你的身體能撐過這一關，黑洞內部將有更多的冒險和謎團等待著你。 黑洞內部的空間與外部的空間沒有任何不同。如果你進入黑洞之前在自由下落，此時會依然自由下落；如果你落入之前剛吃了一口三明治，那此時的你嘴里還在咀嚼著。但由於極端的引力，你的未來在進入黑洞時會受到更多的限制。 簡而言之：條條大路通奇點。現在，黑洞的奇點就存在於你所有可能的未來。無論你如何移動或轉彎，奇點總是會出現在你面前，而且一直在變得更大。 當然，奇點本身仍然是一個無限小的點，但由於極端的潮汐力，你對周圍世界的感知是強烈扭曲的。落在你身後的光線會被壓縮成圍在腰部的一條細帶；在你面前，奇點拉長，變成一個黑色的世界，最終會成為一個毫無特徵的黑色平原。 在碰到奇點之前，潮汐力會將你摧毀，並且會在很短時間內完成這一過程。你確實可以在一個巨大的黑洞中生存，但只能維持一小段時間。到達奇點的時間取決於黑洞的質量：對於恆星質量的黑洞，這段時間只有幾微秒；對於超大質量黑洞，你則有幾秒鍾的時間來揭開宇宙最深的奧秘（並思考自己的命運）。 事實上，你沒有任何選擇。無論你做什麼，你都會到達奇點。在黑洞之外，你可以完全自由地探索空間中的任何方向，但無法避免向自己的未來前進。在黑洞內部，每一個可能的運動都會把你引向奇點。你終將無可避免地進入事件視界，也將不可避免地抵達奇點。 無論黑洞的大小如何，在到達奇點前大約十分之一秒，潮汐力將強大到足以壓倒其他任何已知的力。在到達無窮小的點之前，你會被摧毀，最終原子化。 至於奇點本身，這也是一個已知物理失效的區域。我們知道，出現在廣義相對論方程中的無窮大是一個信號，表明我們需要一個完整的引力量子理論，來恰當地描述黑洞中心發生的事情。但目前缺乏這樣的理論，因此我們不能確定發生了什麼。 對於黑洞的最深處，物理學家們的各種猜測層出不窮。如果你真的身處其中，你將直面人類所知最神秘的物理學問題的答案。但遺憾的是，你無法將你所目睹的一切告訴任何人。 來源：cnBeta

據媒體報導，超大質量黑洞被認為成長緩慢，在數十億年的時間里它們會從周圍吸收物質。但如果是這樣的話，它們又是是如何在宇宙誕生初期出現的呢？現在，研究人員提出了一個新的起源故事--黑洞種子是由自我交互的暗物質暈的坍塌產生。 資料圖 超大質量黑洞的質量是太陽的數百萬或數十億倍，其潛伏在大多數星系的中心。目前，關於黑洞是如何形成的最被廣泛接受的說法是，原始氣體的小塊坍縮成較小的黑洞「種子」，在數十億年的時間里，它們跟其他黑洞融合、吞噬恆星、塵埃、氣體和任何離得太近的東西。 但最近的發現反駁了這一假設。越來越多的超大質量黑洞在遙遠的地方被發現，這表明它們在大爆炸後的幾億年內就已經存在。根據現有的模型，這不足以給它們足夠的時間成長到這麼大。 又是天文學家提出了其他的說法。最近的一項研究表明，早期的超大質量黑洞實際上是在巨大的原始恆星（質量是太陽的幾萬倍）變成超新星後產生的。 由加州大學河濱分校(UCR)的研究人員領導的團隊在這項最新研究中提出了一個新想法。該想法圍繞暗物質建立，這種神秘的物質被認為構成了宇宙中的大部分物質並通過其引力將星系聚集在一起。 傳統觀念認為暗物質會在宇宙中自然地聚集成暈。UCR團隊則指出，在某些情況下，這些暗物質暈最終會變得足夠緻密，然後在自身引力的作用下坍塌進而形成黑洞種子。 這里的關鍵在於，在這種情況下，暗物質需要自我作用。研究人員表示，如果暗物質粒子能相互作用，那麼坍塌的光暈將會收縮並產生一種粘性從而減慢其旋轉速度。最終，這將觸發黑洞種子，反過來，它可以通過吸食該地區的常規物質如塵埃和氣體來獲得快速生長。 這項研究的首席研究員Yu Hai-Bo指出：「我們設想的優勢在於，種子黑洞的質量可以非常高，因為它是由暗物質暈坍塌產生。因此，它可以在相對較短的時間尺度內成長為超大質量黑洞。」 雖然自我交互暗物質是快速增長的超大質量黑洞之謎的一個相當方便的解釋，但它也存在一些警告。最主要的一個是，最廣泛接受的模型認為暗物質不會跟自己相互作用--但這並不是完全不可能的。許多模型確實允許這種相互作用存在，並且天文學家確實已經發現了支持這一觀點的證據。 相關研究報告已發表在《Astrophysical Journal Letters》上。 來源：cnBeta

在幾乎每一個質量足夠大的星系的中心都有一個黑洞，其引力場雖然非常強烈，但隻影響到星系中心周圍的一個小區域。盡管這些物體比它們的宿主星系小幾千幾萬倍，但我們目前的觀點是，只有當星系的演化受到這些黑洞活動的調節時，我們才能理解宇宙，因為沒有它們，就無法解釋觀察到的星系的特性。 理論預測表明，隨著這些黑洞的增長，它們會產生足夠的能量來加熱並將星系內的氣體驅趕到很遠的地方。因此，觀察和描述這種能量與星系相互作用並改變其演變的機制是當今天體物理學的一個基本問題。 考慮到這一目標，加那利群島天體物理研究所（IAC）的研究員伊格納西奧-馬丁-納瓦羅（Ignacio Martín Navarro）領導的一項研究更進一步，試圖觀察從這些黑洞周圍發出的物質和能量是否能夠改變進化，不僅是主星系的進化，而且是它周圍的衛星星系在更遠的地方的進化。為了做到這一點，研究小組加入了斯隆數字天空勘測計劃，這使得他們能夠分析數千個星系群和星系團的屬性。這項研究是在伊格納西奧在馬克斯·普朗克天體物理研究所逗留期間開始的，其結論於2021年6月9日發表在《自然》雜誌上。 "令人驚訝的是，我們發現衛星星系形成了更多或更少的恆星，這取決於它們相對於中心星系的方向，"馬克斯-普朗克天文研究所（MPIA，德國）的研究員和文章的共同作者Annalisa Pillepich解釋道。為了嘗試解釋這種對衛星星系屬性的幾何效應，研究人員使用了一個名為Illustris-TNG的宇宙學模擬，其代碼包含了處理中心黑洞和其宿主星系之間互動的特定方式。就像觀測結果一樣，Illustris-TNG模擬顯示了衛星星系中恆星形成率的明顯調制，這取決於它們相對於中心星系的位置。 這一結果具有雙重重要性，因為它為中心黑洞在調節星系演化中發揮重要作用的觀點提供了觀測支持，這是我們目前對宇宙理解的一個基本特徵。然而，由於難以測量真實星系中黑洞可能產生的影響，而不是只考慮理論上的影響，這一假說不斷受到質疑。 那麼，這些結果表明，在黑洞和它們的星系之間存在著一種特殊的耦合，通過這種耦合，它們可以將物質驅逐到距離星系中心很遠的地方，甚至可以影響到附近其他星系的演變。"因此，我們不僅可以觀察到中心黑洞對星系演化的影響，而且我們的分析為了解互動的細節開辟了道路，"作為文章第一作者的Ignacio Martín Navarro解釋道。 這項工作之所以能夠進行，是因為兩個群體之間的合作：觀察者和理論家，他們在銀河系外天體物理學領域發現，宇宙學模擬是了解宇宙行為方式的一個有用工具。 來源：cnBeta

結合系統觀測和宇宙學模擬的一項新研究發現，令人驚訝的是，黑洞可以幫助某些星系形成新的恆星。在星系的尺度上，超大質量黑洞對恆星形成的作用以前被認為是破壞性的--活躍的黑洞會剝奪星系形成新恆星所需的氣體。發表在《自然》雜誌上的新結果顯示，活躍的黑洞反而可以為在星系群或星系團內運行的星系「開路」，使這些星系在飛過周圍的星系間氣體時不會被破壞其恆星形成。 活躍的黑洞主要被認為對其周圍環境有破壞性的影響。當它們向其宿主星系噴射能量時，它們會加熱並噴出該星系的氣體，使該星系更難產生新的恆星。但是現在，研究人員發現，同樣的活動實際上可以幫助恆星的形成--至少對於圍繞宿主星系運行的衛星星系來說是如此。 這個反直覺的結果是由專門從事大規模計算機模擬的天文學家和觀察者在午餐時的談話所引發的合作產生的。因此，它是一個很好的例子，說明在大流行的情況下，那種非正式的互動變得更加困難。 研究人員的天文觀測包括拍攝一個遙遠星系的光譜--一個星系的光像彩虹一樣被分成不同的波長--可以相當直接地測量該星系形成新星的速度。 根據這樣的測量結果，一些星系正在以相當平靜的速度形成恆星。在我們的銀河系中，每年只有一兩顆新星誕生。其他星系則經歷了短暫的過度恆星形成活動的爆發，被稱為 "恆星爆發"，每年有數百顆恆星誕生。在另外一些星系中，恆星的形成似乎被抑制了，正如天文學家所說，這樣的星系實際上已經停止形成新的恆星。 一種特殊的星系，其標本經常--幾乎有一半的時間--被發現處於這種枯竭狀態，這就是所謂的衛星星系。這些星系是一個星系群或星系團的一部分，它們的質量相對較低，而且它們圍繞著一個質量更大的中心星系運行，類似於衛星圍繞地球運行的方式。 這樣的星系通常很少形成新的恆星，如果有的話，自20世紀70年代以來，天文學家就懷疑可能有類似於「逆風」的東西在作怪。星系群和星系團不僅包含星系，還包含填充在星系間空間的相當熱的稀薄氣體。 當一個衛星星系以每秒數百公里的速度在星系團中運行時，稀薄的氣體會使它感受到與騎快速自行車或摩托車的人一樣的「逆風」。衛星星系的恆星非常緊湊，不會受到源源不斷涌來的星系間氣體的影響。 但是衛星星系自身的氣體卻不會。它將在一個被稱為 "沖壓剝離 "的過程中被迎面而來的熱氣體剝離。另一方面，一個快速移動的星系沒有機會拉入足夠數量的星系間氣體，以補充它的氣體庫。結果是，這樣的衛星星系幾乎完全失去了它們的氣體--以及隨之而來的恆星形成所需的原材料。因此，恆星形成的活動將被扼殺。 這些過程發生在幾百萬甚至幾十億年的時間里，所以我們無法直接觀察它們的發生。但即便如此，天文學家們還是有辦法了解更多。他們可以利用虛擬宇宙的計算機模擬，通過編程來遵循相關的物理定律--並將結果與我們實際觀察到的進行比較。他們還可以在天文觀測所提供的宇宙演化的全面 "快照 "中尋找蛛絲馬跡。 馬克斯-普朗克天文研究所（MPIA）的組長Annalisa Pillepich專門從事這類模擬工作。Pillepich共同領導的IllustrisTNG模擬套件提供了迄今為止最詳細的虛擬宇宙--在這些宇宙中，研究人員可以在相對較小的尺度上跟蹤氣體的運動。 IllustrisTNG提供了一些剛剛被 "沖壓剝離 "的衛星星系的極端例子：所謂的 「水母」星系，它們像水母拖著觸角一樣拖著它們的氣體殘余。事實上，識別模擬中的所有「水母」星系是Zooniverse平台上最近發起的一個公民科學項目，志願者可以幫助研究那種剛被淬滅的星系。 但是，雖然「水母」星系是相關的，但它們並不是本研究項目的起點。在2019年11月的午餐會上，Pillepich向Ignacio Martín-Navarro講述了她IllustrisTNG的另一項成果：一個關於超大質量黑洞的影響的結果，它超出了宿主星系，進入了星系間空間。 這種超大質量黑洞可以在所有星系的中心找到。落在這種黑洞上的物質通常會成為黑洞周圍旋轉的所謂吸積盤的一部分，然後落入黑洞本身。這種墜落到吸積盤上的現象以輻射的形式釋放出巨大的能量，有時也會以兩股快速運動的粒子噴流的形式出現，它們以直角加速離開黑洞。以這種方式發射能量的超大質量黑洞被稱為活躍星系核（簡稱AGN）。 雖然IllustrisTNG不夠詳細，無法包括黑洞噴射，但它確實包含了模擬AGN如何向周圍氣體增加能量的物理術語。正如模擬顯示的那樣，這種能量注入將導致氣體外流，而氣體外流又會沿著阻力最小的路徑定向：在類似於我們銀河系的盤狀星系中，垂直於恆星盤；對於所謂的橢圓星系，垂直於由星系恆星排列定義的合適的首選平面。 隨著時間的推移，垂直於星盤的雙極氣體外流將影響到星系間環境--星系周圍的稀薄氣體。它們將把星系間的氣體推開，每次外流都會產生一個巨大的氣泡。正是這種說法引起了Pillepich和Martín-Navarro的思考。如果一個衛星星系穿過那個氣泡--它是否會受到外流的影響，它的恆星形成活動是否會被進一步影響？ Martín-Navarro在自己的領域內著手解決這個問題。他在處理來自迄今為止最大的系統調查之一的數據方面有著豐富的經驗：斯隆數字天空勘測計劃，它提供了北半球大部分地區的高質量圖像。在該調查的第10次公開數據中，他檢查了3萬個星系群和星系團，每個星系都包含一個中心星系和平均4個衛星星系。 在對這幾千個系統的統計分析中，他發現在接近中心星系首選平面的衛星星系和明顯高於和低於中心星系的衛星星系之間有一個小但明顯的差異。但是這種差異與研究人員所預期的方向相反。在平面之上和之下的衛星，在較薄的氣泡內，平均來說，它們的恆星形成活動被「熄滅」的可能性不是更大，而是少了大約5%。 有了這個令人驚訝的結果，Martín-Navarro回到了Annalisa Pillepich那里，兩人在IllustrisTNG模擬的虛擬宇宙中進行了同樣的統計分析。畢竟，在這種模擬中，宇宙演化不是由研究人員 "手工 "完成的。相反，軟體包括盡可能自然地模擬該虛擬宇宙的物理學規則，其中還包括對應於大爆炸後不久我們自己的宇宙狀態的適當的初始條件。 這就是為什麼像這樣的模擬為意外情況留下了空間--在這個特定的案例中，為重新發現被「熄滅」的衛星星系的平面上、平面下分布。虛擬宇宙對衛星星系的「熄滅」顯示了同樣的5%的偏差。在這種情況下，研究人員發現了衛星星系的平面分布。顯而易見，研究人員發現了一些問題。 隨著時間的推移，Pillepich、Martín-Navarro和他們的同事為淬火變化背後的物理機制提出了一個假說。考慮到一個衛星星系在中央黑洞吹入周圍星系間介質的一個變薄的氣泡中旅行。由於密度較低，該衛星星系經歷的「逆風」較小，沖壓壓力較小，因此其氣體被剝離的可能性較小。 然後，這就涉及到統計問題了。對於那些已經繞著同一個中心星系運行了數次的衛星星系來說，它們不僅穿越了氣泡，而且還穿越了中間的高密度區域，這種影響將是不明顯的。這樣的星系在很久以前就已經失去了它們的氣體。 但是對於那些最近才加入星系群或星系團的衛星星系來說，位置就會產生變化。如果這些衛星碰巧首先降落在一個氣泡中，那麼如果它們碰巧降落在氣泡之外，它們就不太可能失去氣體。這種效應可以解釋被「熄滅」的衛星星系的統計差異。 由於SDSS觀測和IllustrisTNG模擬的統計分析結果非常一致，並且有一個合理的機制假說，這是一個非常有希望的結果。在星系演化的背景下，它特別有趣，因為它間接地證實了活躍星系核的作用，它不僅加熱了星系間的氣體，而且積極地 "推開它"，以創造低密度區域。與所有有希望的結果一樣，現在有一些自然方向，Martín-Navarro、Pillepich和他們的同事或其他科學家可以採取，以便進一步探索。 來源：cnBeta

研究人員利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）發現了131億年前由一個超大質量黑洞驅動的巨大星系風。這是迄今為止最早觀察到的這種風的例子，也是一個明顯的跡象，這表明巨大的黑洞在宇宙的早期歷史中就對星系的成長產生了深刻的影響。 在許多大型星系的中心隱藏著一個超大質量的黑洞，其質量是太陽的數百萬到數十億倍。有趣的是，黑洞的質量與附近宇宙中星系的中心區域（隆起）的質量大致成正比。乍一看，這似乎很明顯，但實際上是非常奇怪的。原因是，星系和黑洞的大小相差大約十個數量級。基於兩個大小相差懸殊的物體的質量之間的這種比例關系，天文學家認為，星系和黑洞是通過某種物理互動而一起成長和進化的（共同進化）。 銀河系風可以提供黑洞和星系之間的這種物理互動。一個超大質量的黑洞吞下了大量的物質。當這些物質由於黑洞的引力而開始高速運動時，它發出強烈的能量，可以將周圍的物質向外推。這就是銀河系風的產生過程。 "問題是星系風是什麼時候在宇宙中出現的？"研究論文的主要作者、日本國家天文台（NAOJ）的一名研究員Takuma Izumi說。"這是一個重要的問題，因為它與天文學中的一個重要問題有關：星系和超大質量黑洞是如何共同演化的？" 研究小組首先使用NAOJ的斯巴魯望遠鏡來搜索超大質量黑洞。由於它的廣域觀測能力，他們在宇宙中發現了100多個130多億年前帶有超大質量黑洞的星系。然後，研究小組利用ALMA的高靈敏度來研究黑洞的宿主星系中的氣體運動。ALMA觀測了由斯巴魯望遠鏡發現的一個星系HSC J124353.93+010038.5（以下簡稱J1243+0100），並捕獲了該星系中塵埃和碳離子發出的無線電波。 遙遠的星系J1243+0100的ALMA圖像，其中心承載著一個超大質量的黑洞。銀河系中安靜氣體的分布以黃色顯示，高速銀河系風的分布以藍色顯示。風位於星系的中心，這表明風是由超大質量黑洞驅動的。 對ALMA數據的詳細分析顯示，在J1243+0100中存在著一個以每秒500公里速度移動的高速氣體流。這個氣體流有足夠的能量推開星系中的恆星物質，並阻止恆星形成活動。這項研究中發現的氣體流是真正的銀河系風，它是觀測到的具有銀河系規模的巨大風的最古老的例子。之前的記錄保持者是一個大約130億年前的星系，所以這次觀察將開始時間又推後了1億年。 研究小組還測量了J1243+0100中安靜氣體的運動，並根據其引力平衡估計出該星系隆起的質量約為太陽的300億倍。用另一種方法估計的該星系的超大質量黑洞的質量大約是該質量的1%。這個星系中的隆起與超大質量黑洞的質量比與現代宇宙中黑洞與星系的質量比幾乎相同。這意味著超大質量黑洞和星系的共同演化從宇宙誕生後不到10億年就開始發生了。 "我們的觀測結果支持最近的高精度計算機模擬，這些模擬預測，甚至在大約130億年前就有了共同進化的關系，"Izumi評論道。"我們正計劃在未來觀察大量這樣的天體，並希望澄清在這個天體中看到的原始共同演化是否是當時一般宇宙的准確寫照"。 來源：cnBeta

據媒體報導，日本天文學家發現了一個「垂死」的超大質量黑洞的「回聲」。 雖然這個天體現在很安靜，但研究小組發現了兩個巨大的射電噴流的特徵，這表明它在經歷了一個明亮的活躍階段後，最近才開始沉寂下來。 人們認為，超大質量黑洞（SMBH）占據著星系的中心，其質量從100萬到100億太陽質量不等。一些SMBHs處於明亮的階段，稱為活躍的星系核（AGN）。 例如，位於我們銀河系中心的黑洞就相當平靜。但是其他的黑洞則是「加班加點地工作」，在吞噬物質的過程中釋放出大量的光和輻射。 Arp 187星系如今看起來相當安靜，但顯然這並不總是如此。研究小組用兩個射電望遠鏡，智利沙漠阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列(ALMA)和甚大天線陣（VLA）對Arp 187進行了觀測，並發現兩個巨大的射流瓣。然而，他們沒有發現來自原子核的信號，表明AGN活動可能已經沉寂了。 在垂死的AGN中，由於AGN的活動已經停止，星系核在任何波段的活動都非常微弱，而擴展的電離區仍然可以看到約3000光年，因為光需要約3000年才能穿過擴展區。這表明這些活動發生在3000年的時間范圍內，在過去的3000年里，星系核變得暗淡了1000倍以上。但是從宇宙的時間角度來說，是最近才停止的。 來源：遊民星空

超大質量黑洞（SMBH）占據著星系的中心，其質量從100萬到100億太陽質量不等。一些SMBHs處於明亮的階段，稱為活躍的星系核（AGN）。AGNs最終會燃燒殆盡，因為SMBHs有一個最大的質量限制，科學家們早就在思考這個過程發生的時間。 現在東北大學的Kohei Ichikawa和他的研究小組在捕捉到來自Arp 187星系的AGN信號後，可能意外地發現了一個接近其壽命終點的AGN。通過使用兩個天文觀測站，即阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）和甚大天線陣列（VLA）觀測該星系中的無線電圖像，他們發現了一個噴射葉，這是AGN的標志性標志。然而，他們注意到沒有來自原子核的信號，表明AGN活動可能已經沉寂了。 經過對多波長數據的進一步分析，他們發現所有小規模的AGN指標都是沉默的，而大規模的AGN則很明亮。這是因為AGN最近在過去3000年內被熄滅了。本研究發現的標準AGN和垂死AGN之間的觀測差異。在垂死的AGN中，由於AGN的活動已經停止，星系核在任何波段的活動都非常微弱，而擴展的電離區仍然可以看到約3000光年，因為光需要約3000年才能穿過擴展區。 一旦一個AGN消亡，較小規模的AGN特徵就會變得暗淡，因為進一步的光子供應也關閉了。但是大尺度的電離氣體區域仍然是可見的，因為光子需要大約3000年才能到達該區域的邊緣。觀察過去的AGN活動被稱為光回波。研究人員使用了NASA的NuSTAR X射線衛星，這是觀察當前AGN活動的最好工具，這些發現表明AGN的關閉發生在3000年的時間范圍內，在過去的3000年里，星系核變得暗淡了1000倍以上。 研究人員表示，將使用與這項研究類似的方法搜索更多垂死AGN。他們還將獲得高空間解析度的後續觀測，以調查氣體的流入和流出，這可能闡明AGN活動關閉是如何發生的。 來源：cnBeta

據媒體報導，日本天文學家發現了一個「垂死」的超大質量黑洞的「回聲」。雖然這個天體現在很安靜，但研究小組發現了兩個巨大的射電噴流的特徵，這表明它在經歷了一個明亮的活躍階段後，最近才開始沉寂下來。 人們認為，超大質量黑洞潛伏在大多數星系的中心。其中一些黑洞比其他黑洞更加活躍--例如，位於我們銀河系中心的黑洞就相當平靜。但是其他的黑洞則是「加班加點地工作」，在吞噬物質的過程中釋放出大量的光和輻射。這些被稱為活躍星系核（AGN），如果它們特別明亮的話，則被稱為類星體。 Arp 187星系如今看起來相當安靜，但顯然這並不總是如此。事實上，根據美國東北大學研究人員的說法，最近它似乎是一個AGN。 研究小組用兩個射電望遠鏡--阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列(ALMA)和甚大天線陣（VLA）--對Arp 187進行了觀測，並發現了一個不屬於它的奇怪景象--兩個巨大的射流瓣。它們類似於AGN拋出的那些輻射，但是與花園式的AGN不同，中心的黑洞是沉默的。 接下來，研究小組仔細觀察了捕捉多種波長輻射的數據，包括無線電、中紅外和X射線。這證實了AGN活動的所有通常的小規模跡象已經停止，但大規模的跡象，即射流瓣，仍然可見。這表明這些活動在過去幾千年的某個時候已經停止了--從宇宙的角度來說，是最近才停止的。 這種時間上的延遲是因為射流瓣本身從頭到尾跨越了大約3000光年，這意味著在源頭停止後，它們將需要這麼長的時間來完全消退。 這項研究的首席研究員Kohei Ichikawa說：「我們使用了NASA的NuSTAR X射線衛星，這是觀測當前AGN活動的最佳工具。它能夠實現非檢測，所以我們能夠發現活動星系核是完全死亡的。」 這項研究可以幫助天文學家更好地了解這些AGN的生命和死亡周期，以及這些轉變發生的時間框架。以前的研究看到平靜的星系突然活躍起來，變成洶涌的類星體，其速度遠比想像的要快。甚至銀河系在其生命周期中似乎也經歷了這些極其活躍的階段。 這項研究最初發表在《天體物理學雜誌》上，最近在美國天文學會的第238次會議上發表。 來源：cnBeta

2019年4月，科學家利用事件地平線望遠鏡（EHT）首次發布了星系M87中黑洞的圖像。這個超大質量黑洞是太陽質量的65億倍，位於M87的中心，距離地球約5500萬光年。 為了獲得對黑洞特性的關鍵洞察力並幫助分析EHT圖像，科學家們協調了與地面和太空中19個世界上最強大望遠鏡的觀測，收集來自整個光譜的光線。這是迄今為止對帶有噴流的超大質量黑洞進行的最大的同步觀測活動。 參與這次觀測活動的NASA望遠鏡包括錢德拉X射線天文台、哈勃太空望遠鏡、尼爾·蓋爾斯·雨燕天文台、核子光譜望遠鏡陣列（NuSTAR）和費米伽馬射線太空望遠鏡。陣列望遠鏡所能看到的最小的細節在很大程度上都會增加。例如，EHT、Chandra和Fermi所能看到的最小細節分別為0.0067、130和33萬光年。 這些數據是由來自32個國家或地區的近200個機構的760名科學家和工程師組成的團隊收集的，他們使用的是由全球各地的機構資助的觀測站。觀測工作集中在2017年3月底至4月中旬。 來源：遊民星空

2019年4月，科學家利用事件地平線望遠鏡（EHT）首次發布了星系M87中黑洞的圖像。這個超大質量黑洞的重量是太陽質量的65億倍，位於M87的中心，距離地球約5500萬光年。這個超大質量的黑洞正在為幾乎以光速飛行的粒子噴流提供動力。這些噴流產生的光跨越了整個電磁波譜，從無線電波到可見光到伽馬射線。 為了獲得對黑洞特性的關鍵洞察力並幫助解釋EHT圖像，科學家們協調了與地面和太空中19個世界上最強大的望遠鏡的觀測，收集來自整個光譜的光線。這是迄今為止對帶有噴流的超大質量黑洞進行的最大的同步觀測活動。 參與這次觀測活動的NASA望遠鏡包括錢德拉X射線天文台、哈勃太空望遠鏡、尼爾·蓋爾斯·雨燕天文台、核子光譜望遠鏡陣列（NuSTAR）和費米伽馬射線太空望遠鏡。陣列望遠鏡所能看到的最小的細節在很大程度上都會增加。例如，EHT、Chandra和Fermi所能看到的最小細節分別為0.0067、130和33萬光年。只有EHT能夠探測到黑洞的陰影，而在另一個極端，費米無法確定它探測到的伽馬射線發射是來自靠近黑洞的區域，還是來自射流。 這些數據是由來自32個國家或地區的近200個機構的760名科學家和工程師組成的團隊收集的，他們使用的是由全球各地的機構資助的觀測站。觀測工作集中在2017年3月底至4月中旬。 來源：cnBeta

據媒體報導，像大多數星系一樣，銀河系被認為在它的中心有一個超大質量的黑洞--但也許它黑暗的中心是由不同的物質組成。一項新研究提出，它可能是一個高密度的暗物質核心，由一種假想的粒子--darkino組成。 銀河系是由一個巨大的中間質量聚集在一起的，這個質量約相當於400萬個太陽。這個巨大的天體被稱作人馬座A* (Sgr A*)，雖然我們無法直接看到它，但可以從它周圍恆星的運動中推斷出它的存在。超大質量黑洞是最符合邏輯的候選者，但它可能不是唯一的解釋。 這種懷疑在七年前就已經埋下了種子。一種名為G2的氣體雲被發現圍繞著Sgr A*運行，因為它在2014年初經過了該天體，這樣的距離相當近。自那之後，天文學家滿懷期待地觀察著--如果Sgr A*能像預期的那樣是一個超大質量黑洞，那麼G2應該會在他們眼前被撕成碎片。 但令人驚訝的是，G2安然無恙。這導致一些科學家推測，它可能不是一個氣體雲而是一個膨脹的塵埃恆星，其擁有足夠的引力保持其形狀。然而在新研究中，研究人員質疑的不是G2的身份，而是Sgr A*本身。 義大利相對論天體物理國際中心(ICRA)的科學家進行了如果用一團暗物質取代超大質量黑洞會發生什麼的模擬。人們已經認為這種神秘的物質會集中在銀河系的中心並用它的引力將整個星系凝聚在一起。 ICRA團隊發現，如果暗物質具有特定的特性，那麼它可以精確地解釋一系列觀測結果，在某些情況下甚至比黑洞模型還要更好。這種暗物質將由darkion--屬於費米子群的中性超輕粒子--組成。這些黑影會聚集在星系中心，然後擴散到更遠的地方並形成一團更分散的雲。 費米子的一個關鍵特徵是，在一個給定的空間里，它們中只有一個能在同一時間占據特定的量子態，這限制了它們聚集在一起的密度。因此跟超大質量黑洞相比，這個球體的核心所處的環境要溫和得多，這將使G2能夠毫發無損地通過。 但這並不是該模型所適用的唯一觀察結果。研究小組發現，如果暗星系的質量在56 keV左右，那麼模擬就能准確地預測一個名為S-stars的附近恆星群的運動以及銀河系外光暈的旋轉曲線。 盡管darkino假說非常有趣，但這個問題還遠未解決。超大質量黑洞理論仍是最有可能的理論，因為它以一種相對簡單的方式解釋了觀察良好的物理現象--此外，我們在大多數其他星系的中心都看到了黑洞。 不過保持開放的心態是有好處的，該團隊表示，未來發布的數據可能會以某種方式闡明這一想法。 來源：cnBeta

英國和荷蘭的天文學家在一項新研究中指出，所有位於星系中心的超大質量黑洞似乎都有吞噬周圍物質的時期，但它們的相似之處也僅限於此。他們利用超高靈敏度的射電望遠鏡對宇宙中一處已被詳細研究的區域進行了觀測，得出了這一結論。詳細的結果發表在《天文學與天體物理學 》（Astronomy & Astrophysics） 上。 自 20 世紀 50 年代以來，天文學家一直在研究活動星系，這些星系的中心都具有一個不斷吞噬物質的超大質量黑洞。在活躍階段，超大質量黑洞經常釋放出極強的無線電、紅外線、紫外線和 X 射線輻射。 一個具有活躍星系核的星系（想像圖），中心為超大質量黑洞。當黑洞吞噬物質時，兩股強大的噴流就會在黑洞的邊緣形成。這些噴流形成了巨大的「射電雲」，可以被射電望遠鏡探測到 在兩篇新發表的論文中，一個由天文學家組成的國際團隊集中研究了大熊座北部區域的所有活動星系。到目前為止，天文學家已經對該區域進行了大量的研究，主要是通過太空望遠鏡收集其可見光、紅外光和紫外光信號。在新的觀測中，研究團隊獲得了來自射電望遠鏡網絡的數據，包括英國的 e-MERLIN 望遠鏡陣列和歐洲甚長基線干涉測量網絡 （EVN）。 通過這項系統性的研究，天文學家得出了 3 個清晰的結論。首先，事實證明許多不同類型星系核可以具有不同的活躍方式。有的「貪得無厭」，會吞噬盡可能多的物質；有的則「消化較慢」，還有的已經幾乎沒有物質可供吞噬。 其次，在少數情況下，吸積階段與恆星形成階段會同時發生。如果恆星正在形成，則星系核的活動就很難被探測到。第三，星系核的吸積過程可能會產生，也可能不產生無線電噴流，無論黑洞吞噬「食物」的速度有多快。 該研究的主要作者傑克·拉德克利夫來自南非的比勒陀利亞大學，之前在荷蘭格羅寧根大學和英國曼徹斯特大學任職。他表示，觀測結果表明射電望遠鏡最適合用於研究遙遠宇宙的黑洞吞噬情況。「這是個好消息，因為 SKA 射電望遠鏡即將上線，它們將使我們能夠更深入地觀察宇宙，了解更多細節 。」SKA 即「平方千米陣 」（Square Kilometre Array），...

法蘭克福歌德大學的理論物理學家分析了來自黑洞M87的數據，作為事件地平線望遠鏡（EHT）合作的一部分，以檢驗愛因斯坦的廣義相對論。根據測試，來自M87*的陰影的大小與來自廣義相對論中的黑洞的大小非常一致，但對其他理論中的黑洞的屬性有所不同。2019年，EHT合作組織公布了位於M87星系中心的黑洞的第一張圖像。 正如德國天文學家卡爾-施瓦茨柴爾德（Karl Schwarzschild）首次指出的那樣，黑洞因其質量異常集中而使時空極端彎曲，並使其附近的物質發熱，從而開始發光。紐西蘭物理學家羅伊-克爾表明，旋轉可以改變黑洞的大小和其周圍的幾何形狀。黑洞的 "邊緣"被稱為事件視界，它是質量集中的邊界，超過這個邊界，光和物質就無法逃脫，這是黑洞之所以表現出"黑色"的原因。理論預測，黑洞可以由少數幾個屬性來描述：質量、自旋和各種可能的電荷。 所有這些黑洞投下的暗影在大小上都是可以區分的，但只有那些屬於灰色帶的黑洞才與2017年對M87*的EHT測量結果相符，在這張圖片中，底部用紅色表示的黑洞太小，無法成為M87*的可行模型。 除了從愛因斯坦的廣義相對論中預測的黑洞之外，我們還可以考慮那些來自弦理論啟發的模型，這些理論將物質和所有粒子描述為微小振動弦的模式。受弦理論啟發的黑洞理論預測，在基本物理學的描述中存在一個額外的場，這導致黑洞的大小以及其附近的曲率出現可觀察到的變化。 來自法蘭克福歌德大學理論物理研究所的物理學家Prashant Kocherlakota博士和Luciano Rezzolla教授現在首次研究了不同的理論如何與Messier 87星系中心的黑洞M87*的觀測數據相匹配。國際事件地平線望遠鏡（EHT）合作在2019年拍攝的M87*圖像，是在2015年測量引力波之後，首次通過實驗證明了黑洞的實際存在。 這些調查的結果。來自M87*的數據與基於愛因斯坦的理論以及在一定程度上與基於弦的理論非常一致。Prashant Kocherlakota博士解釋說。"通過EHT合作記錄的數據，我們現在可以用黑洞圖像來測試不同的物理學理論。目前，在描述M87*的陰影大小時，我們顯然不能忽視這些理論，但我們的計算結果一方面卻又制約了這些黑洞模型的有效性范圍。" Luciano Rezzolla教授說："對於我們理論物理學家來說，闡明黑洞的概念同時也是受到關注和激勵的來源。雖然我們仍在為探明黑洞的一些事實而掙扎--如事件視界或奇點--但我們似乎總是渴望在其他理論中找到新的黑洞解決方案。因此，獲得像我們這樣的結果是非常重要的，它決定了什麼是可信的，什麼是不可信的。這是重要的第一步，隨著新的觀測結果的出現，約束我們的條件將得到改善"。 在事件地平線望遠鏡合作中，來自全球各地的望遠鏡相互連接，形成一個虛擬的巨型望遠鏡，其面積可以被看成有地球本身那麼大。這個巨大望遠鏡的精確性有多高？打個比方，在紐約的一份報紙可以通過這架望遠鏡從柏林的一家街頭咖啡館讀到。 來源：cnBeta

據媒體報導，一項新研究發現，無論大小如何，所有黑洞都會經歷類似的吸積周期。2018年9月9日，天文學家從8.6億光年外的一個星系發現了一道閃光。源頭是一個質量約為太陽5000萬倍的超大質量黑洞。通常情況下，這個巨大的黑洞突然「蘇醒」，吞噬了一顆過往恆星，這種罕見的情況被稱為潮汐破壞事件。當恆星碎片落向黑洞時，它以光的形式釋放出巨大的能量。 麻省理工學院、歐洲南方天文台和其他地方的研究人員使用多個望遠鏡來觀察這個被稱為AT2018fyk的事件。令他們驚訝的是，他們觀察到，當超大質量黑洞吞噬恆星時，它表現出與更小的、恆星質量的黑洞相似的特性。 2021年5月17日發表在《天體物理學雜誌》上的這一結果表明，吸積作用，或者說黑洞在吞噬物質時的演化方式，與它們的大小無關。 「我們已經證明，如果你見過一個黑洞，從某種意義上說，你已經見過它們了，」研究作者Dheeraj "DJ" Pasham說，他是麻省理工學院Kavli天體物理學和空間研究所的研究科學家。「當你向它們扔出一個氣體球時，它們似乎都會做或多或少相同的事情。它們在吸積方面是同樣的野獸。」 該研究的合著者包括麻省理工學院的首席研究科學家Ronald Remillard 和前研究生Anirudh Chiti 以及歐洲南方天文台、劍橋大學、萊頓大學、紐約大學、馬里蘭大學、科廷大學、阿姆斯特丹大學和美國宇航局戈達德太空飛行中心的研究人員。 恆星的「喚醒」 當質量約為我們太陽10倍的小型恆星質量黑洞發出一陣光時，這通常是對來自一顆伴星的物質湧入的回應。這種輻射的爆發引發了黑洞周圍區域的特定演變。從靜止狀態開始，黑洞過渡到一個由吸積盤主導的 "軟 "階段，因為恆星物質被拉入黑洞。隨著物質流入量的減少，它再次過渡到一個 "硬 "階段，白熱的日冕接管了它。黑洞最終回到穩定的靜止狀態，整個吸積周期可能持續幾周到幾個月。 幾十年來，物理學家已經在多個恆星質量的黑洞中觀察到這種特徵性的吸積周期。但是對於超大質量黑洞來說，人們認為這個過程需要太長的時間才能完全捕捉到，因為這些巨大的黑洞通常是「吞食者」，在星系的中心區域緩慢地吞噬氣體。 Pasham表示：「在超大質量黑洞中，這一過程通常發生在數千年的時間尺度上。人類無法等待那麼長時間來捕捉這樣的東西。」 但是，當黑洞經歷了突然的、巨大的物質湧入時，整個過程就會加快，例如在潮汐破壞事件中，當一顆恆星足夠接近時，黑洞就會以潮汐方式將其撕成碎片。 「在潮汐破壞事件中，一切都很突然，」Pasham說。「你有一大塊氣體突然被拋向你，黑洞突然被喚醒，它就像，『哇，有這麼多食物--讓我吃，，直到它消失』。所以，它在很短的時間內經歷了一切。這使我們能夠探測人們在恆星質量黑洞中已知的所有這些不同的吸積階段。」 一個超大質量黑洞的周期 2018年9月，全天域超新星自動觀測系統（ASASSN）發現了一個突發耀斑的信號。科學家們隨後確定，該耀斑是涉及一個超大質量黑洞的潮汐破壞事件的結果，他們將其標記為TDE AT2018fyk。Wevers、Pasham和他們的同事對這一警訊躍躍欲試，並能夠引導多個望遠鏡，每個望遠鏡都被訓練成繪制紫外線和X射線光譜的不同波段，朝著該系統前進。 該小組利用XMM-牛頓空間望遠鏡和錢德拉X射線天文台，以及國際空間站上的X射線監測儀器和NICER，以及澳大利亞的射電望遠鏡，在兩年時間里收集數據。 「我們在軟狀態下捕捉到了黑洞，它的吸積盤正在形成，大部分的發射都在紫外線下，只有很少的X射線，」Pasham說。"然後吸積盤塌陷，日冕變得更強，現在它的X射線非常明亮。最終，沒有多少氣體可供利用，整體亮度下降，回到無法檢測的水平。 研究人員估計，黑洞潮汐性地破壞了一顆與我們的太陽差不多大的恆星。在這個過程中，它產生了一個巨大的吸積盤，直徑大約為120億公里，並排放出氣體，他們估計這些氣體大約有 40000 Kelvin，或超過7萬華氏度。隨著吸積盤變得越來越弱，越來越不亮，一個由緊湊的高能X射線組成的日冕取代了黑洞周圍的主導階段，然後最終逐漸消失。 「人們已經知道這種周期發生在恆星質量的黑洞中，這些黑洞只有大約10個太陽質量。現在我們在比它大500萬倍的東西中看到了這一點，」Pasham說。 歐洲南方天文台的研究員、主要作者Thomas Wevers表示：「未來最令人興奮的前景是，這種潮汐破壞事件提供了一個窗口，可以看到非常接近超大質量黑洞的復雜結構的形成，如吸積盤和日冕。研究這些結構如何在恆星毀滅後的極端環境中形成和相互作用，我們有希望開始更好地理解支配其存在的基本物理規律。」 除了表明黑洞以同樣的方式經歷吸積，無論其大小如何，該結果僅代表了科學家第二次從頭到尾捕捉到日冕的形成。 "日冕是一個非常神秘的實體，在超大質量黑洞的情況下，人們已經研究了既定的日冕，但不知道它們何時或如何形成，"Pasham說。"我們已經證明你可以使用潮汐破壞事件來捕捉日冕的形成。我很高興在未來使用這些事件來弄清楚到底什麼是日冕。" 來源：cnBeta

幾十年來，天文學家一直在發現來自黑洞的電磁輻射爆裂。他們認為那些是恆星被撕裂的結果，但他們從未見過實際物質韌帶的剪影。現在，一組天文學家，包括主要作者Giacomo Cannizzaro和來自SRON/Radboud大學的Peter Jonker，首次觀察到了由被撕碎的恆星的絲線引起的光譜吸收線。 黑洞撕裂了一顆恆星，留下一長串的恆星物質，然後將自己包裹在黑洞的周圍。資料來源：NASA / CXC / M. Weiss 我們宇宙中的大多數恆星都死於自然原因。它們或者被天外來物炸成碎片，或者由於燃料短缺而簡單地冷卻下來，或者在一次巨大的超新星爆炸中轟然倒下。但是生活在銀河系內部區域的恆星可能就沒那麼幸運了。它們有可能被潛伏在大多數星系中心的超大質量黑洞撕成細長的絲狀。黑洞的極端引力在恆星的一側比在另一側拉得更用力，以至於它把恆星撕裂了。天文學家們喜歡把這一過程稱為面條化，但在科學出版物中，他們不情願地堅持使用潮汐破壞事件這一官方術語。 在一顆恆星變成面條之後，它會繼續進一步落入黑洞，最後向外發出一陣輻射。天文學家發現這些爆發已經有幾十年了，根據理論，他們認為自己看到的是潮汐破壞事件。但是他們從來沒有看到過實際的物質韌帶，就像一個不僅能發射而且能阻擋光線的物理物體。現在，一個國際天文學家小組首次在觀察黑洞的一個極點時觀察到了光譜吸收線。已經很明顯的是，黑洞在其赤道周圍可能有一個吸積物質的圓盤，但是黑洞極點上方的吸收線表明，有一條長長的線在黑洞周圍纏繞了許多圈，就像一個紗球來自一個剛撕裂的恆星的實際材料韌帶。 研究人員知道黑洞正從它的極點面向他們，因為他們探測到了X射線。吸積盤是黑洞系統中唯一發射這種類型輻射的部分。如果他們從邊上看，他們就不會看到吸積盤的X射線。"此外，吸收線很窄，"主要作者Giacomo Cannizzaro（SRON/拉德堡大學）說。"它們沒有被都卜勒效應擴大，就像你在觀察一個旋轉盤時所期望的那樣。 來源：cnBeta

據媒體報導，考慮到我們目前估估算宇宙膨脹速率的兩種最佳方法--測量脈動和爆炸恆星的亮度和速度以及觀察早期宇宙輻射的波動--給出的答案非常不同，這表明我們的宇宙理論可能是錯誤的。第三種測量方法則是觀察由黑洞-中子星碰撞引起的光的爆炸和空間結構的波紋，這應該有助於解決這個分歧並搞清楚我們的宇宙理論是否需要重寫。 這項發表在《Physical Review Letters》上的新研究模擬了2.5萬個黑洞和中子星碰撞的場景，目的是看看到本世紀20年代中後期，地球上的儀器可能會探測到多少個。 研究人員發現，等到2030年，地球上的儀器獎可以探測到多達3000次由這樣碰撞造成的時空漣漪，在約100次這樣的碰撞中，望遠鏡還能觀測到伴隨的光爆炸。他們得出的結論是，這些數據足以提供一種全新的、完全獨立的宇宙膨脹率測量方法，其精確性和可靠性足以證實或否定新物理學的必要性。 該論文的論文主要作者、來自倫敦大學物理與天文學的Stephen Feeney博士(指出：「中子星是一顆死星，是由一顆非常大的恆星爆炸後坍縮產生，它的密度令人難以置信--雖然通常情況下直徑為10英里，但質量是我們太陽的兩倍。」它跟黑洞的碰撞是災難性的事件，會造成時空波動即引力波，我們現在可以在地球上通過LIGO和Virgo等天文台探測到引力波。 「我們還沒有探測到這些碰撞產生的光。但探測引力波設備靈敏度的提高加上印度和日本的新探測器將使得我們能探測到的此類事件的數量出現巨大飛躍。這是令人難以置信的激動，其應該會為天體物理學開辟一個新時代，」Feeney說道。 為了計算出宇宙的膨脹率即所謂的哈勃常數，天體物理學家需要知道天體跟地球的距離以及它們遠離地球的速度。分析引力波可以告訴我們碰撞的距離，這一切只需要確定速度即可。 要知道發生碰撞的星系離開我們的速度需要觀察光的「紅移」--也就是說，一個光源產生的光的波長是如何被它的運動拉伸的。伴隨這些碰撞而來的光爆炸將幫助我們精確定位碰撞發生的星系，從而使得研究人員能結合測量該星系的距離和紅移。 Feeney博士指出：「這些災難性事件的計算機模型還不完整，這項研究應該為改進它們提供額外的動力。如果我們的假設是正確的，那麼許多這樣的碰撞將不會產生我們可以探測到的爆炸--黑洞將吞噬恆星而不會留下任何痕跡。但在某些情況下，一個較小的黑洞可能會在吞噬中子星之前先將其撕裂，其可能會在洞外留下釋放電磁輻射的物質。」 合著者Hiranya Peiris教授則表示：「關於哈勃常數的分歧是宇宙學中最大的謎團之一。除了幫助我們解開這個謎題，這些災難性事件的時空漣漪還為我們打開了一扇了解宇宙的新窗口。在未來的十年里，我們可以期待許多激動人心的發現。」 引力波在美國的兩個天文台（LIGO實驗室）、義大利的一個天文台（Virgo）、日本的一個天文台(KAGRA)被觀測到。現在，第五個該類型天文台--LIGO-India正在建設中。 我們目前對宇宙膨脹的兩個最佳估計是67公里每秒每百萬秒差距（326萬光年）和74公里美秒每百萬秒差距。第一個來自於對宇宙微波背景的分析--由大爆炸留下的輻射，而第二個來自於比較跟地球不同距離的恆星--尤其是造父變星以及被稱為Ia型超新星的爆炸恆星。 Feeney博士解釋稱：「由於微波背景測量需要一個完整的宇宙理論，而恆星法不需要，這一分歧提供了超越我們目前理解的新物理的誘人證據。然，在我們做出這樣的斷言之前，我們需要通過完全獨立的觀察來證實這個分歧--我們相信黑洞和中子星的碰撞可以提供這些意見。」 來源：cnBeta