宇宙新发现(天文学家最新发现)

年复一年，黑洞研究领域一直在为我们提供一些令人震惊和极度困惑的发现。2021年也不例外。在这一年里，科学家们有了许多关于黑洞的新发现。这些具有巨大引力的神秘天体仍在推进我们对宇宙的认识。

旋转最快的黑洞

即使是研究最深入的黑洞也会带来惊喜。今年2月，物理学家修改了他们对天鹅座X-1(Cygnus X-1)系统黑洞性质的估计，这也是有史以来第一个被证实存在的黑洞。天鹅座X-1系统的黑洞发现于近60年前，其质量比之前认为的大50%，达到太阳质量的21倍。而且黑洞的旋转速度非常接近光速，创下了黑洞旋转的新纪录。天鹅座X-1距离地球大约7200光年，是一个双星系统。它的另一个成员是一颗蓝色超巨星变星，正在慢慢被黑洞吞噬。天鹅座X-1系统为研究人员理解这种过程提供了一个新的视角。

观察和模拟面条形状的星星。

当恒星离黑洞边缘太近时，引力会把它拉成一条条，然后被黑洞吞噬。这个过程叫做“意大利面制作”(意大利面制作)。当恒星物质因摩擦而升温时，会产生光，这使得天文学家能够捕捉到这一壮观的现象。今年5月，研究人员首次发现一颗恒星以这种方式被黑洞撕碎并吞噬。黑洞的质量是太阳的3000万倍，位于距离地球7.5亿光年的星系中心。除了获得关于“面条制作”过程的重要数据，这些观察还帮助科学家构建了恒星被吞噬的场景。

LIGO证明了霍金是正确的。

今年6月，激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的研究人员探测到了两个巨型黑洞合并为一个实体的过程，并分析了时间空波纹——黑洞高速相向旋转时产生的引力波。他们发现最终黑洞的表面积比最初两个黑洞的总和还要大。这些发现不仅为天文学家提供了惊人的数据，也有助于证明英国天体物理学家斯蒂芬·霍金在1971年提出的一个猜想——黑洞面积定理。该定理指出，黑洞的表面积永远不会随着时间的推移而减少。利用爱因斯坦的广义相对论和自己对熵的理解，霍金推导出了这个定律。虽然新发现的结果对霍金来说是一个胜利，但对物理学家来说却是一个头疼的问题。根据量子力学，黑洞应该可以收缩蒸发，这与霍金定理不相容。物理学家要协调两者的矛盾，可能还有很长的路要走。

黑洞和中子星的合并

今年6月，来自LIGO团队的研究人员满怀信心地宣布，他们首次探测到了黑洞和中子星的合并。像黑洞一样，中子星是大质量恒星演化结束时引力坍缩导致超新星爆炸后的潜在产物之一。虽然LIGO之前已经发现了黑洞-中子星合并的潜在证据，但直到今年，两个新探测到的信号才最终证明这种合并正在发生。这两次探索都发生在2020年1月，相隔10天左右。第一次探测的结果表明，一个约6倍太阳质量的黑洞正在吞噬一颗1.5倍太阳质量的中子星；第二次探索涉及一个质量约为太阳9倍的黑洞和一个质量为太阳两倍的中子星。

早期黑洞会产生“风暴”

几乎每个已知星系的中心都有一个超大质量黑洞，这表明这两个宇宙实体之间有着密切的联系。然而，科学家仍然不知道黑洞是如何影响其星系宿主的。今年6月发表的研究结果显示，一个拥有130亿年历史的星系——几乎和宇宙本身一样古老——正在吹着高速风。这是迄今为止探测到的最早的星系风例子；当超大质量黑洞吞噬周围的气体和尘埃时，它会喷出星系风。此外，这些星系风的行进速度约为180万公里/小时，它们的移动速度快得足以将物质推遍整个星系，并可能吹走星系物质，从而阻碍恒星的形成。这项研究表明，星系与其中心的黑洞有着古老而密切的关系。

光回波证明爱因斯坦是正确的。

斯蒂芬·霍金并不是今年唯一一个在黑洞理论上获得成功的人。今年7月，天文学家从一个名为Zwicky的螺旋星系中心的超大质量黑洞捕捉到了一些X射线信号。该星系距离地球约18亿光年。研究人员不仅探测到了来自黑洞前方的光，还设法找到了他们起初无法确定的奇怪光回波。这些发现表明，巨大的黑洞引力使得时间空结构如此扭曲，以至于光被从黑洞的一边拉到另一边。这个过程正是爱因斯坦在广义相对论中预言的，但之前从未被清晰地探测到。

外星人可能会利用黑洞的能量。

只要有相关数据的支撑，科学家就不会缺乏猜想。今年8月，中国台湾省的一群天文学家提出，技术先进的外星人可能会使用类似于戴森球(dyson sphere)的结构，这是一种围绕恒星的想象中的巨型结构，以从黑洞中获取能量。虽然黑洞通常被认为是黑暗的，但当它们吞噬周围的物质时，会释放出巨大的能量，使温度升高，并以光的形式辐射出去。于是，天文学家提出了一个大胆的猜想:外星智慧生命是否会在黑洞周围放置一个轨道平台，上面覆盖着类似太阳能电池板的东西，以吸收黑洞辐射的能量。因为黑洞比恒星小，外星人可以节省建筑材料，收集难以置信的巨大能量。

流浪的黑洞可能会在银河系“安家落户”。

在我们银河系的外围，可能潜伏着大约12个巨大的黑洞。这是今年8月一项新的星系碰撞模拟研究得出的结论。在星系碰撞等重大宇宙事件中，引力可能导致质量为太阳数百万倍或数十亿倍的超大质量黑洞飞出宿主星系，游荡到宇宙黑暗深处。其中一些黑洞最终可能会定居在银河系等星系的星系晕中。据估计，银河系大小的星系平均有12个这样的游荡黑洞。接下来，天文学家希望找到一种方法来检测这些丢失的超大质量黑洞，看看它们的模拟是否准确。

发现最近的双黑洞。

去年12月，研究人员通过望远镜捕捉到了距离地球最近的双黑洞的证据。这个双黑洞系统位于宝瓶座，距离地球约8900万光年，相互围绕旋转。之前记录的双黑洞之间的距离是这对黑洞的5倍，这也意味着科学家有机会比以前更详细地研究这些系统。两个黑洞的质量都很大——较大的一个质量接近太阳的1.54亿倍，较小的一个质量是太阳的630万倍。它们以1600光年的距离相互环绕运行，这在宇宙尺度上是微不足道的。天文学家估计，它们将在2.5亿年后合并成一个巨大的黑洞。

一个对其星系来说太大的黑洞

大约82万光年外的一个小星系里似乎有一种奇怪的存在。利奥一世(利奥一世)是一个比银河系小50倍的矮星系，但它有一个大得惊人的黑洞，其质量几乎等于银河系中心的黑洞。如此巨大的黑洞怎么可能存在于如此小的星系中？天文学家非常困惑。德克萨斯大学奥斯汀分校天文学博士生玛丽亚·何塞·布斯塔曼特(María José Bustamante)在一份声明中说:“目前，矮行星椭球星系中的这种黑洞无法得到解释。”这对黑洞和星系的演化意味着什么？天文学家可能还要再等几年才能准确回答这个问题。