当一颗质量是我们太阳的20倍的恒星死亡时，它会以超新星的形式爆炸，并在引力的作用下坍缩成一个致密的黑洞。但这种爆炸并非完美对称，因此有时由此产生的黑洞会以极高的速度冲入太空。这些游荡的天体通常被称为“流浪黑洞”，因为它们自由漂浮，不受其他天体的束缚。
但加州大学伯克利分校的天文学副教授杰西卡·卢（Jessica Lu）认为，这个名字可能“名不副实”。她更喜欢用“自由漂浮”来形容这些黑洞。“流浪”一词，她说，暗示这些游荡者是稀有或不寻常的——或者是不安分的。
事实并非如此。天文学家估计，在我们星系中就有多达 1 亿个这样的黑洞在游荡。但由于它们是孤立的，因此极难发现。直到最近，这些所谓的流浪黑洞才仅通过理论和计算为人所知。
“它们可以说是幽灵，”卢说，她已经把寻找银河系中的自由漂浮黑洞作为自己的使命。
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今年早些时候，两个空间研究团队分别公布了可能是一个这样的游荡黑洞的探测结果。其中一个团队由卢实验室的研究生凯西·兰姆（Casey Lam）领导。凯西·兰姆。另一个团队由空间望远镜科学研究所的天文学家凯拉什·C·萨胡（Kailash C. Sahu）领导。凯拉什·C·萨胡。两个团队都将他们的论文发布在一个未经同行评审的开放获取网站上。
天文学家将在10月份从哈勃太空望远镜获得更多数据，卢说这应该有助于“揭开这是黑洞还是中子星的谜团”。“关于恒星如何死亡以及它们留下的幽灵残骸，仍然存在很多不确定性，”她指出。当质量比太阳大得多的恒星耗尽核燃料时，它们会坍缩成黑洞或中子星。“但我们不知道确切哪些会死亡并变成中子星，或者死亡并变成黑洞，”卢补充说。“我们不知道当一个黑洞诞生而一颗恒星死亡时，是否会发生剧烈的超新星爆炸？或者它会直接坍缩成黑洞，也许只是‘打了个嗝’？”
由于我们所知道的一切都是由恒星物质构成的，理解恒星的“来世”是我们理解我们自身是如何诞生的关键。
如何发现一个游荡的黑洞
黑洞本身是不可见的。它们会捕获所有遇到的光，因此人眼无法感知。所以天文学家必须有创造性地去探测这些致密的、黑暗的物体。
通常，他们会寻找由黑洞极强引力引起的，在气体、尘埃、恒星和其他物质中出现的异常。如果一个黑洞正在从另一个天体中撕扯物质，由此产生的环绕黑洞的碎片盘就可以被明亮地看到。（这就是天文学家如何在2019年拍摄到第一个黑洞的直接图像，以及今年早些时候拍摄到银河系中心黑洞的图像。）
但如果一个黑洞没有通过其引力施加混乱，那么几乎没有什么可以探测到。这对于这些移动的黑洞来说是常有的情况。因此，像卢这样的天文学家使用另一种称为天体测量学或引力微引力透镜的技术。
“我们所做的是等待一个自由漂浮的黑洞与一个背景恒星偶然对齐，”卢解释说。“当两者对齐时，来自背景恒星的光会被前面的黑洞的引力扭曲。[它表现为恒星的亮度增加] [在天文数据中]。它还会使恒星在天空中看起来略微偏离轨道，有点摇晃，可以说。”
背景恒星实际上并没有移动——而是，当黑洞或另一个致密物体从它前面经过时，它似乎偏离了它的轨道。这是因为黑洞的引力扭曲了时空的结构，根据爱因斯坦的广义相对论，从而改变了星光。
流浪黑洞穿过我们的宇宙邻域并扰乱地球生命的几率“小到令人难以置信”。
天文学家使用微引力透镜来研究宇宙中各种短暂现象，从超新星到系外行星凌星。但用地面望远镜很难做到这一点，因为地球大气层会模糊图像。
“在天体测量学中，你试图非常精确地测量一个物体的 G. Bacon (STScI)位置，你需要非常清晰的图像，”卢解释说。因此，天文学家依赖于太空望远镜，如哈勃，以及一些拥有复杂系统以适应大气干扰的地面仪器。“世界上只有三个设施能够进行这种天体测量，”卢说。“我们正在利用我们现有技术能力的尖端进行工作。”
第一个流浪黑洞？
正是这种亮度增加，或者卢所说的“引力透镜事件”，在2011年被她和萨胡的团队在哈勃太空望远镜的数据中发现。他们推测，一定有什么东西正从那颗恒星前面经过。
弄清楚是什么引起了恒星光线的摇晃和亮度的变化需要两次测量：亮度和位置。天文学家会随时间观察天空中同一个区域，以了解当物体从恒星前面经过时，光线如何变化。这为他们提供了计算该物体质量所需的数据，而质量又决定了它是否是黑洞或中子星。
“我们知道那个引起透镜效应的东西很重。我们知道它比典型的恒星要重。而且我们知道它是黑暗的，”卢指出。“但我们仍然不太确定它到底有多重，到底有多黑暗。”如果它只稍微重一点，比如是太阳质量的一点五倍，它可能实际上是一个中子星。但如果它的质量是太阳的三到十倍，那么它就是一个黑洞，卢解释道。
随着两个团队收集2011年至2017年的数据，他们的分析显示该致密天体的质量明显不同。萨胡的团队认为，这个游荡天体的质量是我们太阳的七倍，这使其完全处于黑洞的范畴。但兰姆和卢的团队计算出的质量较小，在1.6到4.4个太阳质量之间，这两种可能性都包含在内。
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在有机会了解背景恒星正常亮度以及当没有物体从它前面经过时其在天空中的位置之前，天文学家无法确定哪个计算是正确的。卢解释说，在注意到其异常的亮度和摇晃之前，他们并没有关注那颗恒星，所以现在他们才有机会进行这些基线观测，因为透镜效应已经消退。这些观测将来自秋季的新哈勃数据。
他们确实知道的是，该天体位于银河系的船底-人马旋臂中，目前距离地球约 5000 光年。卢说，这次探测也表明，离我们最近的游荡黑洞可能在 100 光年以内。但这并非令人担忧的原因。
“黑洞是一个吸尘器。如果你靠得太近，它们就会吞噬你，”卢指出。“但你必须靠得非常近，比我们通常想象的要近得多。”黑洞周围标志着光线仍然可以逃离其引力的边界，称为事件视界，其半径通常小于20英里。
卢说，流浪黑洞穿过我们的宇宙邻域并扰乱地球生命的几率“小到令人难以置信”。“那是一个城市的大小。所以一个黑洞可能会从太阳系旁经过，我们几乎不会注意到。”
但她并没有排除这种可能性。“我是一名科学家，”她说。“我不能说完全没有可能。”
卢表示，无论这两个团队探测到的是流浪黑洞还是中子星，“这两篇论文真正展示的革命是，我们现在可以通过亮度和位置测量相结合的方式找到这些黑洞。”随着新望远镜的上线，这为发现更多光吞噬者打开了大门，包括目前正在智利建造的维拉·鲁宾天文台，以及计划在本十年晚些时候发射的南希·格雷斯·罗马空间望远镜。
卢认为，“我们星系中黑洞研究的下一章已经开始。”
