2022年讓人驚訝的15個黑洞新發現，你了解多少？
2022年 黑洞讓我們驚訝了15次
過去一年中有關黑洞的發現依然喜人
（圖解：2022年黑洞的發現依然喜人。圖源：NASA/JPL-Caltech）
黑洞會對空間和時間造成巨大扭曲，那漆黑的外表使它們看起來十分神秘。然而，科學家們也在堅持不懈地繼續推動他們對於這些深空星體的理解。
在過去的一年中，天文學家對宇宙中的黑洞有了新的見解。這篇文章裡將會列出2022年黑洞讓我們驚訝的15次事件。
人馬座A*的首次亮相
（圖解：2022年5月12日，事件視界望遠鏡發佈了銀河系中心超大質量黑洞的圖像，這個龐然大物被稱作人馬座A*。圖源：事件視界望遠鏡協作，CC BY-SA）
科學家們拍攝到了人馬座A*的第一張照片，這是位於銀河系中心的巨大黑洞。黑洞的邊緣有著不斷圍繞其旋轉的高溫氣體，這些高溫氣體會發射亞毫米波，事件視界望遠鏡正是在亞毫米波的光線下得以拍攝到這張照片。
亞利桑那大學天體物理學家費亞爾·厄澤爾（Feryal Özel）在22年5月的國家科學基金會的新聞發佈會上表示：「直到現在，我們還沒有圖片能直接證明這個位於銀河系中心的溫和巨星就是黑洞。這張照片只是顯示出了黑暗區域周圍的一個明亮環，以及其中心貌似是黑洞陰影的跡象。」
事件視界望遠鏡於2019年首次登上頭條新聞，當時它成功拍攝了有史以來第一張黑洞視界的圖像，特別是那張橢圓活動星系梅西葉87的核心的圖像。
事實證明，拍攝人馬座A*的照片將會更加困難，因為在地球和人馬座A*之間27000光年的距離中，存在著大量的氣體和塵埃，它們會散射亞毫米波，使拍攝到的圖像非常模糊。此外，雖然M87的黑洞吞噬了大量氣體所以看起來很明亮，但到達人馬座A*上的物質流強度要弱得多，這就使得它的光芒看起來更加微弱。
黑洞撕碎恆星
（圖解：天文學家在8。5億光年外的SDSS J152120。07+140410。5星系中發現了一顆被黑洞撕裂的恆星。研究人員用NASA的哈勃太空望遠鏡對這場名為AT 2020neh的災難進行了觀測，即上方的圖片。哈勃望遠鏡的紫外相機觀測到，在AT 2020neh發生的星系，圍繞其核心形成了一個星環。圖源：NASA， ESA， 瑞安·弗雷/加州大學聖克魯斯分校）
這個曾經不為人知的黑洞將它附近的一顆恆星撕碎併吞噬，至此它向天文學家宣告了自己的存在。這次的劇烈破壞來自一個中等質量的黑洞，它的質量大約是太陽質量的10萬到100萬倍，位於距離地球8。5億光年的矮星系SDSS J152120。07+140410。5中。
本次災難是一種被稱為潮汐瓦解事件（TDE）的現象，被命名為AT 2020neh。當它爆發出足以短暫超過銀河系中所有恆星的總和那樣強大的輻射時，這種現象將會變得清晰可見。
天文學家此前曾嘗試通過TDE測算數百萬至數十億太陽質量的超大質量黑洞的質量。然而，AT 2020neh是首次利用TDE幫助分析較小的中等質量黑洞的質量。
離地球最近的黑洞
（圖解：這張圖片是藝術家對蓋亞BH1的描繪，這是一個位於距離地球僅1560光年的雙星系統中的黑洞。該系統還擁有一顆類太陽伴星。圖源：國際雙子座天文臺/美國國家科學基金會的國家光學紅外天文研究實驗室/國家科學基金會/大學天文研究聯合組織/J。達席爾瓦/太空工程/M。扎馬尼）
科學家們公佈了一個新發現的黑洞，該黑洞目前保持著「已知距離地球最近黑洞」的記錄。蓋亞BH1的質量大約是太陽的10倍，它潛伏在距離我們星球1560光年的地方，約比前一個記錄保持者近了兩倍。
蓋亞BH1位於一個雙星系統中，系統中的另一個成員是一顆類太陽恆星。這顆恆星和它的伴星黑洞的距離與地球和太陽的距離一樣遠，這使得蓋亞BH1成為了一個非常特殊的黑洞。
增長最快的黑洞
（圖解：圖為一個被吸積盤包圍的黑洞。圖源：歐南臺，歐洲空間局/哈勃，M。康梅瑟）
天文學家探測到了有史以來增長最快的黑洞，它每秒都能吞噬掉一個地球。它將會是過去的90億年中增長最快的一個黑洞。
這個龐然大物目前的質量是太陽的30億倍，比人馬座A*大500倍，是銀河系中心的一個超大質量黑洞。它的視界內足以容下整個太陽系，進入這個邊界之後，任何東西都再也無法逃脫。
物質沖刷著黑洞的表面，形成了星系中心一個異常明亮的類星體，它釋放大量能量，使這個類星體比銀河系中的所有恆星發出的光還要亮7000倍。總而言之，在宇宙138億年的歷史中三分之二的時間裡，這個類星體（SMSS J1144477。77-430859。3）都是已知最亮的一顆。
澳洲國立大學（ANU）天文和天體物理研究學院的首席研究員克里斯托弗·翁肯（Christopher Onken）在一份聲明中表示：「現在，我們想知道為什麼這個類星體與眾不同，它的身上是發生過什麼災難性的事件嗎？也許有兩個巨大的星系之間發生了碰撞，將大量的物質注入了黑洞，從而導致了它的迅速增長。」
獨自流浪的黑洞
（圖解：NASA的這幅插圖描繪了太空中一個孤立的黑洞，他那巨大的引力使背景中的恆星和星系都發生了扭曲。圖源：NASA戈達德航天中心；背景，歐洲空間局/全天天體測量干涉儀/DPAC）
天文學家探測到了一個獨立的黑洞，其質量相當於一顆恆星。在NASA哈勃望遠鏡的幫助下，科學家們在銀河系中心隆起的方向上，發現了這個距離地球約5150光年的天體。
巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的天體物理學家凱拉什·薩胡（Kailash Sahu）是該研究的主要作者，他在接受太空網採訪時表示，銀河系中有一些質量非常大的恆星，超過了太陽質量的20倍，它們已經大到足以產生黑洞，而這些恆星在每1000顆恆星中就大約有1顆。這表明在銀河系中，應該有1億顆恆星質量黑洞。
在此之前，我們探測到的所有恆星質量黑洞都存在於有伴星的雙星系統中，例如中子星。然而，薩胡指出，銀河系中大部分的恆星質量黑洞應該是獨立存在的。
研究人員估計新發現的獨立黑洞的質量約為太陽質量的7。1倍，速度約為10萬英里/小時（162000公里/小時），這表明這個黑洞可能是由產生它的超新星爆炸推動的。
地球上的黑洞殘餘物
（圖解：圖為藝術家描繪的，一個超大質量黑洞在吞噬恆星時噴射出的殘餘物。圖源：卡爾·諾克斯-奧茲格拉夫，ARC引力波發現卓越中心，斯溫伯恩理工大學）
天文學家發現了迄今為止人們已知最遙遠的一次黑洞撕裂恆星的現象，而這次發現正是因為黑洞向地球噴射的恆星殘餘物。
這一被稱為AT2022cmc的事件發生在距我們約85億光年之外的地方，也就是說，當這個事件所發出的光開始它在宇宙中的旅程時，宇宙只有53億年的年齡，即它現在年齡的三分之一。據研究人員估計，黑洞每年消耗的恆星質量大約相當於太陽質量的一半。
在這些被稱為潮汐瓦解事件（TDE）的暴力破壞案件中，約有1％的黑洞會從其兩極噴射出等離子流和幅射流。
英國萊斯特大學的天文學家，本項新研究的合著者尼亞爾·坦維爾（Nial Tanvir）在歐南臺（ESO）的一份聲明中表示：「我們只見過極少數的噴射式TDE，它們仍然是非常奇特的一類事件，人們對這類事件的了解也非常少。因此，天文學家一直在尋找這類極端事件，試圖去理解那些噴流是如何產生的，以及為什麼只有小部分的TDE會出現這種噴射現象。」
黑洞噴出恆星
（圖解：圖為幾年前一個黑洞在吞噬一顆恆星時噴出的物質。圖源：DESY，科學通訊實驗室）
三年前，一個黑洞把一顆恆星做成了它的一份義大利麵，並狼吞虎嚥地吃掉了這頓晚餐。2022年，我們再一次發現了這個龐然大物，現在它正在打嗝。
當物體距離黑洞太近時，比如恆星，黑洞強大的引力場將會在一個方向上拉伸恆星，而在另一個方向上擠壓它，從而將他們粉碎得像義大利麵一樣。當這些被撕碎的物質落入黑洞當中，它就會立刻升溫，併發出一道天文學家在數百萬光年之外都能夠發現的閃光。然而，黑洞是一個舉止雜亂的食客，它們偶爾也會將一部分吞噬掉的物質吐回太空。
2018年10月，天文學家在距離地球6。65億光年的星系中發現一個黑洞，它撕碎了一顆質量約為太陽十分之一的恆星。三年後，我們發現它正噴出一些源自於它「前一餐」的物質。
哈弗和史密森天體物理中心，領導本項研究的天文學家伊薇特·岑德斯（Yvette Cendes）在一份聲明中表示：「從沒有人見過這樣的現象，這個發現讓我們所有人都大吃一驚。就彷彿是這個黑洞幾年前吞噬掉一顆恆星，現在卻又突然噴出一堆來自於那顆恆星的物質。」
人工黑洞vs。史蒂芬·霍金
（圖解：圖裡展示了一個完整的黑洞。圖源：馬克·加里克/科學圖片庫/蓋蒂圖片）
科學家宣佈，對黑洞的實驗室模擬證明了史蒂芬·霍金最著名的想法之一可能是正確的。
量子物理學發現，真空是不存在的。相對的，太空中其實充滿了振動，如果輸入足夠的能量，這些振動將會爆炸併產生成對的粒子和反粒子，它們將瞬間相互湮滅，發出光芒。在1974年，史蒂芬·霍金預測黑洞視界或洞口周圍極強的引力場就將以這樣的方式產生光子。
研究人員利用單原子鏈進行了一次黑洞模擬實驗，當他們把電子的速度調節至能夠從鏈上的一個原子跳躍到另一個原子，以使原子鏈的一部分落入模擬的事件視界時，研究人員檢測到了原子鏈的溫度峰值，這一結果即成功模擬了「霍金輻射」。
物理學家仍然對霍金的預測抱有很大的興趣，因為這些預測正處於物理學中兩個偉大但目前仍不可調的理論的交匯點上：愛因斯坦的廣義相對論——從最大尺度描述宇宙；量子力學——以最小粒子的奇特表現描述宇宙。
蘊藏量子特質的黑洞
（圖解：一項新的研究表明，黑洞的表現與量子粒子十分相似。圖源：夜的創作者：AI繪畫）
22年秋天，科學家宣佈黑洞可能具有不確定的量子特性，這表示黑洞從本質上來說可以是既大又小、既重又輕，或是既死又活的，就像那隻著名的薛丁格的貓。
量子物理表明，宇宙在其最微小的尺度上會變成一個超現實的世界，其中的物體能夠以疊加態存在，即可以同時以多種狀態存在，比如同時以兩個相反的方向旋轉。
科學家開發了一種計算機模型，將一個模擬的量子粒子放在一個巨大的模擬黑洞外。這次模擬為我們揭示了黑洞具有疊加態的證據，它能夠同時具有和不具有巨大的質量。
該研究的主要作者，昆士蘭大學理論物理學博士喬舒亞·福（Joshua Foo）在一份聲明中表示：「我們想看‘黑洞’是否能同時擁有差距如此巨大的兩個質量，而事實證明它們確實如此。到目前為止，我們還沒能深入研究出黑洞是否具有量子物理中的一些奇怪而又奇妙的表現。」
離我們最近的黑洞並不存在
天文學家在2022年3月表示，曾被認為是距離地球最近的黑洞並不存在。
2020年，天文學家發現一些證據表明，距離地球僅1000光年的HR 6819是一個三星系統，其中一個恆星緊貼著黑洞運行，另一顆恆星則在更寬闊的軌道上運行。然而，另一些科學家對這一發現提出了異議，並在去年成功否定了這個黑洞的存在。
研究使用了歐南臺（ESO）的甚大望遠鏡（VLT）和甚大望遠鏡干涉儀（VLTI），這兩個功能強大的儀器位於智利，它們能夠製作出HR 6819更精確的圖像。通過這兩臺儀器，研究人員發現那緊密的軌道內只有兩顆恆星，而並不存在黑洞。其中一顆恆星正在不斷剝離另一顆恆星的質量，這一現象有時被稱作「恆星吸血」。
20世紀80年代的黑洞事件
（圖解：圖為一位藝術家描繪的黑洞吞噬恆星的場景，也被稱為潮汐瓦解事件，此時黑洞中會產生超高速的噴射流。圖源：美國國家射電天文臺/AUI/國家科學基金會/NASA）
在高中實習生的幫助下，天文學家發現了上世紀80年代一個超大質量黑洞吞噬恆星的證據。儘管科學家已經有大約100次探測到黑洞吞食掉鄰近的恆星，但像20世紀80年代那次一樣的事件，很少是依靠射電觀測到的。
通過分析1986年和1987年的觀測檔案，研究人員發現這顆名為J1533+2727的星體現在已經比它過去最亮的時候暗了500倍。這樣的現象很可能是由一個距離地球5億光年的超大質量黑洞造成的，它撕碎了一顆恆星，並噴出一束射電流，即所謂的潮汐瓦解事件（TDE）。
這項新研究的共同作者，多倫多大學的天文及天體物理系博士漢娜·戴卡爾（Hannah Dykaar）在一份聲明中表示：「迄今為止，在TDE最常出現的那類星系中，還沒有發現過與射電波相關的TDE。發現更多的射電TDE能夠幫助我們解開謎團——這些事件會在什麼類型的星系中發生，以及宇宙中存在多少類似事件。」
「大海撈針」新發現
2022年7月，天文學家證實了在銀河系外發現的首個休眠的恆星質量黑洞。
休眠黑洞很難被探測到，顧名思義，黑洞通常是完全漆黑的，這使得黑洞在黑暗的宇宙背景下難以看清，除非它們正在主動吞噬能夠發光並顯示黑洞位置的物質。
智利北部有一甚大望遠鏡（VLT）位於阿塔卡馬沙漠地區，通過對其六年間收集的資料進行仔細研究，天文學家發現了一個具有九倍太陽質量的黑洞，黑洞位於蜘蛛星雲（Tarantula Nebula），即與我們鄰近的大麥哲倫星雲（Large Magellanic Cloud）的恆星形成區域。這個黑洞繞著一顆質量相當於25個太陽的巨大藍星運行，兩者組成了一個名為VFTS243的雙星系統。
儘管根據預測，幾乎每個星系中都會存在數十億個休眠黑洞，但這是我們首次明確探測到銀河系外休眠的恆星質量黑洞。這項新研究的主要作者，荷蘭阿姆斯特丹大學的天體物理學家託默·謝納爾（Tomer Shenar）在一份聲明中表示：「尋找這樣的黑洞有如大海撈針，但我們成功了。」
改造黑洞的首張照片
第一張黑洞圖像——位於銀河系中心的巨型黑洞梅西耶87（M87）——被重新拍攝，以展現這個龐然大物周圍的作用力。
於2019年發佈的黑洞圖像由事件視界望遠鏡拍攝，這個黑洞距離地球5500萬光年，質量約等於65億個太陽。
儘管在最初的圖像中，超大質量黑洞和它周圍的環境跟理論模型預測的非常相似，但科學家並未從中找到黑洞引力影響的預測圖像，那應該是一個被稱為「光子環」的薄而明亮的圓環。
科學家在拍攝第一張圖像後，去除了圖像中的各種元素，以展現出受巨大引力影響而在黑洞周圍盤旋的光子。
該項目的主要研究者，加拿大滑鐵盧大學和Perimeter研究所的天體物理學家埃弗裡·布羅德里克（Avery Broderick）在一份聲明中表示：「我們現在可以做一些更深入的研究了，去探尋黑洞周圍引力的基本特徵。」
打破紀錄的黑洞爆發
（圖解：我們拍攝到了位於半人馬座A中心的黑洞，這張圖像前所未有地清晰。圖源：本·麥金萊，國際射電天文學研究中心/柯廷和康納·馬瑟恩，路易斯安那州立大學）
21年年初，我們拍攝到一張打破紀錄的黑洞爆發圖像，在最近已知的向地球發送的眾多黑洞射電圖像中，這是迄今為止最完整的一張。
這張圖像捕捉到了射電發射的黑洞物質，這個有著5500萬倍太陽質量的怪物，噴出的物質幾乎達到了光速。其結果就是，距離地球約1200萬光年的半人馬座A，其中心黑洞所產生的巨大等離子瓣一直擴散到了距離星系中心100多萬光年的地方。這次的黑洞爆發足以覆蓋天空中的16個滿月。
澳洲科廷大學的天文學家本傑明·麥金利（Benjamin McKinley）在一份聲明中表示：「以前的射電觀測無法應對噴射流的極端亮度，而且星系周圍更大區域的細節會被扭曲，但是現在我們的新圖像已經克服了這些限制。」
4000億億個黑洞
（圖源：圖為黑洞及其視界。圖源：尼可拉斯·福德/未來出版集團）
天文學家宣佈，宇宙中可能有4000億億，也就是40，000，000，000，000，000，000個恆星質量黑洞，所有的這些黑洞加起來構成了宇宙中1％的一般物質。
通過分析宇宙中恆星的演化，研究人員估計了這些恆星單獨或以雙星形式轉化為恆星質量黑洞的頻率，這些黑洞的質量通常在太陽的五到十倍。
該研究的第一作者，義大利裡雅斯特國際高等研究學院（SISSA）的天體物理學家亞歷克斯·西西利亞（Alex Sicilia）在一份聲明中表示：「這是宇宙歷史上最早的，也是穩定性最強的從頭計算恆星黑洞質量函數的方法之一。」
BY:Charles Choi
FY:趙若彤
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選文：天文志願文章組-
翻譯：天文志願文章組-趙若彤
審核：天文志願文章組-
終審：天文志願文章組-零度星系
排版：天文志願文章組-零度星系
美觀：天文志願文章組-
參考資料
1.維基百科全書
2.天文學名詞
3.原文來自：https://www.space.com/black-hole-discoveries-2022-15-surprises
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