如果研究人员想了解关于黑洞的任何一件事，大多数人大概都想知道它的质量。正是质量决定了一个黑洞是否会形成，也正是质量赋予了这个天体不可抗拒的引力。但要从数光年之外测量这些奇异天体并非易事，天体物理学家已经开发了各种技巧来提取他们所需的信息。
现在，一组研究人员发现了一种新技术——这种技术不仅可能适用于宇宙中最庞大的黑洞，也可能适用于某些小型致密天体，如白矮星。进行这类测量需要时间，但这些观测最终将使研究人员能够测量比以往更多的巨型黑洞，帮助物理学家们对支配大多数星系的巨兽有新的认识。
“我们可能可以用我们的方法来获取数千个”天体的黑洞质量，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的天体物理学家科林·伯克说。
超大质量黑洞及其测量方法
大多数星系中心都据信存在超大质量黑洞——质量是太阳的数百万到数十亿倍——它们吸引着气体和尘埃盘。虽然黑洞本身保持黑暗，但这些“吸积盘”却闪耀着耀眼的光芒。
天文学家测量这些巨兽的主要工具是等待它们闪光，而闪光发生在随机时间，原因尚不清楚。一些来自闪光的光直奔地球，而其他光则首先反射过黑洞周围的尘埃圆环。被“回响”的光延迟的时间越长，气体云越大，黑洞也越重。
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这种“回响映射”技术需要足够长时间地观测一个超大质量黑洞以捕捉到足够的闪烁，并且需要足够仔细地将入射光分解成不同的波长。天文学家们已经通过这种方法测量了数百个黑洞，但每一个都需要一台强大的望远镜进行数周的专门观测。
一个更简单的计划
天文学家们长期以来一直在思考，是否可以直接从吸积盘的整体闪烁中获得质量，而不是纠缠于回响的细节。一些团队已经发现了黑洞质量与吸积盘闪烁光之间联系的微弱迹象。但大多数研究只关注了最大的黑洞——质量为数千万到数十亿太阳质量的黑洞——它们都以相当相似的方式闪烁。
伯克和他的合作者岳沈以及其他研究人员决定研究一种不同类型的黑洞：一个位于著名矮星系中心的、只有一万太阳质量的小东西。根据美国宇航局卫星的数据，它周围盘面的闪烁与最大的巨兽发出的光完全不同。他们看到了质量和闪烁之间存在联系的希望，并于去年发表了他们的研究成果。
为了找到更多例子，他们搜查了历史记录，寻找描述尽可能多超大质量黑洞的数据。吸积盘的闪烁可以持续数天到数周，因此他们需要每颗黑洞多年的亮度观测数据。该团队整合了他们能够获得的每一次长期天空调查的读数，包括斯隆数字巡天、齐威克瞬变探测器和暗能量巡天。
“我们使用了可以追溯到1998年的光变曲线，”伯克说。“我们不得不做大量工作来整合20多年的数据，以获得足够长的（覆盖范围）。”
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一旦获得了数据，一个普遍的模式就变得清晰起来。巨型黑洞周围的盘面在明亮耀斑后需要更长的时间才能恢复稳定，而较轻天体周围的盘面则不然。伯克将这种效应比作篝火比蜡烛易变的火焰燃烧得更稳定、闪烁更慢。
通过测量吸积盘恢复到标准亮度所需的速度，研究人员可以计算出中心黑洞的重量。该团队发现，在这方面，从大约几万到数十亿太阳质量的黑洞表现方式都相同。他们于周四在《科学》杂志上描述了他们的发现。
称量宇宙
这种模式并非就此停止。当伯克和他的合作者加入了白矮星——烧尽的恒星核心——他们发现它们的微小吸积盘以一种与其相对微小体型相称的狂乱方式闪烁。白矮星的质量仅约一倍太阳质量，这意味着这种模式横跨了从细菌到蓝鲸的巨大质量范围。伯克推测，类似的规律可能适用于任何带有合适盘状物的物体，从幼年太阳系到中子星。
“当有一个普适原则仅仅是几何问题时，那真的很酷，”他说。
未来的团队在进行类似分析时将不必那么费力。当薇拉·鲁宾天文台在未来几年上线时，它将每隔几天扫描一次整个天空，最终汇编一个庞大的天体光点目录，并记录每个光点如何闪烁——这正是天体物理学家们需要用新方法测量数千个黑洞的数据。
积累更多的质量数据可以帮助研究人员理解黑洞与其宿主星系之间密切但神秘的联系。例如，这些温和的种子以某种方式控制着周围广阔星系区域的温度和恒星形成。
伯克希望利用这种模式来探索黑洞质量在几倍太阳质量到超大质量黑洞之间的稀疏的“无人区”。宇宙中的巨型黑洞可能由所谓的中等质量黑洞生长而来，但这些“恰到好处”的天体似乎非常稀少。但如果它们有吸积盘，新的光-质量关系将会在它们身上留下标记。
“现在我们知道该寻找什么了，”伯克说。
