科學家們發現了不可能的黑洞！"最近幾天，相關的話題在互聯網上引起了廣泛的熱烈討論。

9月3日，根據外國媒體的報道，美國激光干涉重力波觀測臺(LIGO)和意大利室女座引力波觀測站(處女座)探測到的中等質量黑洞是太陽質量的142倍，這是科學家第一次發現質量中等的黑洞。據報道，黑洞由兩個黑洞組成，質量分別是太陽質量的85倍和太陽質量的65倍。能量的損失相當于太陽質量的8倍，在宇宙中以引力波的形式傳播，導致我們發現這個"不可能的黑洞"。

近年來，科學家通過引力波探測不止一次地發現了雙重黑洞系統。中質量黑洞的發現將有助于天文學家破譯超大質量黑洞的成因，使黑洞的研究更加系統化。中國科學院國家天文臺研究員、中國科學院大學教授郭立軍在接受"科技日報"采訪時說。

有許多發現尚未得到進一步證實。

1916年，德國科學家卡爾·薩瓦西(Carl Swasi)得到了廣義相對論愛因斯坦場方程的精確解，這為黑洞的存在奠定了堅實的理論基礎。只要任何物體被壓縮到一定的臨界半徑，它就會塌縮成奇點，極大地扭曲周圍的時間和空間，形成強大的引力場，甚至光也無法在一定范圍內逃逸。

到目前為止，科學家已經發現了許多黑洞，根據其質量可分為三類：質量為太陽質量的幾倍至100倍的恒星黑洞，質量為太陽質量100萬至數十億倍的超大質量黑洞，以及兩者之間的中等質量黑洞。

學術觀點之一是，超大質量黑洞是由較小的黑洞演化而來的。如果這個演化過程是一個連續的過程，那么理論上中質量黑洞應該是它的中間狀態。

2012年，天文學家使用澳大利亞的射電望遠鏡觀測了一次超熱氣體的爆炸，認為它是由質量中等的黑洞發射的；2015年，天文學家聲稱在觀測NGC 2276星系時發現了一個中等質量的黑洞。不幸的是，其中許多調查結果尚未得到進一步證實。Golijun說："黑洞的探測需要等待合適的時間，比如當黑洞產生更明亮的電磁輻射或有大噴流時。

人類探測到的黑洞只是宇宙中許多黑洞的冰山一角。理論上，僅銀河系就有數億顆恒星黑洞，但到目前為止，只有幾十個黑洞得到了證實。Gouli June說。

Golijun解釋說，黑洞本身不產生電磁波，因此無法直接探測。目前，黑洞的探測只能通過黑洞周圍的一些輻射現象，如氣體與黑洞在摩擦過程中與黑洞發生摩擦，會產生很強的輻射，我們可以用電磁探測方法間接探測黑洞。

七十億多年前破譯引力波信號

引力波在時間和空間中也稱為漣漪，因為當時間和空間受到重力的干擾時，這種擾動以光速向外傳播，就像水波一樣。引力波的作用之一是有規律地振蕩兩點之間的距離。

通過精確測量地球上兩點之間的距離，LIGO可以探測到引力波。"Golijun解釋說，由于雙黑洞系統通常只產生引力波以外的任何信號，引力波是目前探測雙黑洞系統的唯一鋒利武器。

通過基礎引力波觀測臺、空間引力波激光干涉天線、脈沖星定時陣和宇宙微波背景輻射極化可以探測到宇宙中的引力波。精確探測引力波有助于揭示黑洞和中子星等引力波源的形成和演化。

發現中等質量黑洞的LIGO和室女座都是引力波探針的地面激光干涉儀。Golijun說，當激光從探測器的中心發射出來時，它將被分成兩部分，沿著兩條長度相等的干涉臂被分割成幾公里長的干涉臂，它們將被多次反射，然后重新組合，互相干擾，光子探測器可以觀察到干涉信號的強度。當宇宙深處的引力波信號跨越時間和空間到達地球時，兩個干涉臂的臂長在通過干涉儀時會發生微弱的變化，但并不相同，從而導致干涉信號的強度隨時間的變化而變化。通過測量這一變化，我們可以捕捉到引力波信號的波形和近似方向。

中質量黑洞的發現在很大程度上取決于引力波的跟蹤和破譯。引力波輻射可分為高頻、中頻、低頻、極低頻和極低頻五個波段。波長范圍可以從數千公里到宇宙尺度不等。研究人員需要根據從研究結果中破譯出來的少量信息建立假設。Gouli June 說。

在這項研究中，研究人員在 2019 年 5 月 21 日探測到一個引力波信號 GW 190521，時間不到 0.1 秒。通過對引力波形的擬合，他們計算出它是由 70 億多年前的兩個黑洞組合產生的。

郭立軍說，他相信未來地面引力波觀測站將探測到數以百計的雙黑洞、雙中子星和其他混合引力波事件，這將有助于我們更深入地了解這些天體和系統的形成和演化。

它可能是較小的黑洞的組合。

長期以來，中等質量黑洞一直被科學界視為超大質量黑洞的 "種子"，中質量黑洞的存在缺乏準確的天文觀測證據，但具有重要的理論意義。

在 2019 年 11 月，我們的研究小組發現了一個質量為太陽質量 70 倍的恒星黑洞，并利用郭守敬（LAMOST) 的優勢在天空中巡邏，為發現黑洞提供了一種新的途徑。這個恒定恒星黑洞遠遠超過理論預測的質量上限，這顛覆了以往對恒星黑洞形成的認識。

值得注意的是，一些科學家也懷疑發現了中等質量的黑洞，因為它 "超重"，他們認為，有一兩個黑洞并不像大多數恒星質量黑洞那樣是由恒星崩塌形成的。

根據現有的理論，塌陷的恒星不應該形成質量約為太陽質量的 65 到 120 倍的黑洞，這個范圍被稱為‘不穩定質量的空位’。" 郭立軍說。在這方面，外國研究人員提出了分層合并的可能性，即兩個黑洞合并的發生以前是由較小的黑洞組成的。

根據 LIGO 團隊的說法，中等質量的黑洞可能是由較小的黑洞組合而成的，如果能發現更多中等質量的黑洞，它們可能會解開一個關于超大質量黑洞的謎團，即它們的起源。

大多數存在于星系中心的超大質量黑洞對科學家來說仍然是模糊的?，F有的理論認為，只有氫和氦元素的氣體云迅速收縮，形成超大質量的黑洞。然而，這個理論只能解釋早期宇宙中一些超大質量黑洞的起源，但很難解釋為什么目前觀測到的超大質量黑洞的數量比預期的要多。

據了解，盡管天文學家對引力波信號重力波信號 GW 190521 的發現和存在中等質量黑洞的可能性感到興奮，但天體物理學家并不排除這一發現的其他可能來源。

毫無疑問，就研究意義而言，這一發現至少提供了一個證據，證明中等質量黑洞是通過合并形成的。我們越是了解質量中等的黑洞，就越有利于探索超大質量黑洞的形成，甚至得出更多的相關理論。當然，所有這些都需要一步一步地實現更多的觀測數據。郭立軍說。