新技术让科学家更清楚的看到银河系中心黑洞一个几乎难以想象的巨大黑洞位于银河系的中心。它被称为超大质量黑洞(SMBH)，天文学家认...
新技术让科学家更清楚的看到银河系中心黑洞
银河系的超大质量黑洞被称为人马座A*。它的质量大约是太阳的400万倍。科学家们之所以知道它的存在，是因为我们可以观察到它对离它很近的物质所产生的影响。由于一组科学家使用了一种叫做干涉测量学的技术，现在我们对人马座A*有了一个最好的看法。
像人马座A*这样的黑洞利用强大的引力将气体和尘埃吸引向它，气体和尘埃围绕着洞旋转。以某种方式辐射出大量的能量，天文学家可以看到这种辐射能量。但是天文学家并不能确切地确定是什么释放了这种能量。是不是来自旋转的物质？还是来自从黑洞中喷出的物质？
哈佛-史密森天体物理学中心(CFA)的迈克尔·约翰逊(Michael Johnson)说：“来自人马座A*的辐射源已经争论了几十年，一些模型预测辐射来自被黑洞吞没的物质盘，而另一些模型则将其归因于从黑洞射出的物质射流。如果没有对黑洞更清晰的观察，我们就不能排除这两种可能性。”
超大质量黑洞周围为活跃星系提供能量的吸积盘的想象图。天文学家想知道，银河系超大质量黑洞所辐射的能量是由喷出黑洞的物质喷出，还是由黑洞附近旋转物质的吸积盘引起的。
因此，了解黑洞意味着天文学家需要更清楚地观察黑洞区域。但是人马座A*被我们和星系中心之间密密麻麻的电子云遮蔽了。这些云模糊并扭曲了我们对黑洞的看法。
一组天文学家已经成功地透过这些电子云来更清楚地看到人马座A*正在发生的事情。这支队伍由拉德堡大学博士研究生莎拉·伊索恩（Sara Issaoun）领导。他们依靠一种叫做甚长基线干涉测量(VLBI)的技术。
结果如何呢？这是迄今为止我们对银河系超大质量黑洞所发生的最清晰的图像之一。
干涉测量是一种利用多个望远镜对远距离物体进行更有效成像的技术。距离越远，基线越长，有效孔径越大。利用本研究中使用的甚长基线干涉测量技术，各个望远镜横跨全球，创造了一种巨大的虚拟望远镜。
但是还有其他的干涉仪，但他们没有将人马座A*看得那么清楚。这项研究背后的团队在干涉测量方面取得了另一项进展。他们为智利强大的ALMA(阿塔卡马大型毫米波阵列)装备了一种新的电子设备，称为相位系统。这使得已经是干涉仪的ALMA加入了另一个名为GMVA（全球3毫米VLBI阵列）的其他12台望远镜网络。顾名思义，GMVA已经是一种非常长的基线干涉仪。因此，GMVA和ALMA的结合创造了一种超级VLBI。
哈佛-史密森天体物理学中心的舍普·多尔曼（Shep Doeleman）说：“ALMA本身就是一个由50多个无线电盘组成的集合。新的ALMA相位系统的神奇之处在于，所有这些无线电盘都能像一个望远镜一样工作，其灵敏度相当于一个直径超过75米的无线电盘。这种敏感性，以及它在安第斯山脉的高位置，使它成为人马座A*研究的完美选择。”
射电天文学家林迪·布莱克本(Lindy Blackburn)解释道：“图像质量的突破来自两个因素，通过高频观测，来自星际物质的图像损坏不那么严重，加上ALMA，我们的仪器分辨率提高了一倍。”
左上角：在86GHz下模拟人马座A*时没有星际散射。右上角：星际散射模拟。右下角：观察到的人马座A*图像。左下角：消除星际散射效应后观察到的人马座A*图像。
那么，科学家们从这一创新中学到了什么呢？这些优越的图像是如何帮助他们理解我们的超大质量黑洞的？
新的图像显示，来自人马座A*的辐射具有对称的形态，而且比预期的要小-它的跨度仅为3亿分之一度。伊索恩解释说：“这可能表明无线电发射是在一个不断衰减的气体盘中产生的，而不是由无线电喷射产生的。”伊索恩根据这些图像进行了计算机模拟测试。然而，与其他发射无线电的黑洞相比，这将使人马座A*成为一个例外。另一种可能是无线电喷射几乎直接指向我们。
关于人马座A*辐射的能量有很多争论。无论是来自吸积盘中旋转、加热的物质，还是从远离黑洞的物质射流中产生的物质。这可能取决于我们位置所在。
这张展示了一个“进食”或活跃的超大质量黑洞，射流向外流动的速度接近光速。这种活跃的黑洞经常出现在椭圆星系的中心。如果一个喷流恰好照射在地球上，这个物体就被称为耀变体。
伊索恩的导师是拉德堡大学射电天文学教授海诺·法尔克（Heino Falcke）。法尔克对这一结果感到惊讶，去年，法尔克认为这种新的喷射模型是不可能的。但最近，另一组研究人员使用ESO的超大型光学望远镜干涉仪和一种独立的技术得出了类似的结论。法尔克总结道，“也许这是真的，我们正从一个非常特殊的角度来看待这只野兽。”
天文学家对人马座A*的研究还没有结束。他们计划越来越细致的来观察这个超大质量的黑洞。人马座A*在86GHz的首次观测可以追溯到26年前，当时只有几个望远镜。多年来，随着更多望远镜的加入，数据质量稳步提高。
接下来是视界望远镜（EHT）
视界望远镜是一项旨在调查黑洞周围环境的国际合作项目。它不是一个望远镜，而是一个由全球范围内的射电望远镜组成的相互连接的系统，所有这些望远镜都使用干涉测量技术共同工作。通过在多个位置用多个无线电天线测量黑洞周围区域的电磁能量，可以推导出源的一些性质。
天文学家花了四年时间利用EHT来研究超大质量黑洞人马座A*。这一时期于2021年4月结束，但一个由200名科学家和工程师组成的团队仍在研究这些数据。到目前为止，他们只发布了他们看到的计算机模型图像。
迈克尔·约翰逊很乐观。“如果ALMA同样成功地以更高的频率加入了视界望远镜，那么这些新的结果表明，星际散射不会阻止我们一直向下窥视黑洞的事件视界。”
用什么可以探测到小型黑洞的存在？
如果你对天文学有一点兴趣，哪怕不是一个非常专业的爱好者，也一定听说过白矮星、中子星和黑洞。他们都是恒星死亡后的形态，所谓的“死亡”指的就是恒星的燃料耗尽，已经不足以保持其“吹胀”的形状，最后经历一系列激烈或悄无声息的变化后坍缩成的样子。
一般理解的三种恒星大结局
天文学家找到了毛毛虫和蝴蝶，但是找不到茧
天文学之所以有无穷的魅力，就是因为总是有数不尽的问题等待我们去探索，比如今天我们这篇文章将会告诉你在黑洞和中子星之间存在着一个真空带，而这是人类现在天文探索的前沿问题之一，同时极精密天文探测仪LIGO将会给人类的天文探索带来新的转机。
想要深入的了解这个故事就要从恒星的命运开始说起。
恒星的命运生来注定
恒星的命运几乎完全是由它点燃时的那一瞬间决定的，恒星的结构简化上来说就两个部分，内部的反应核心和外部的燃料储存区，引力让这些气体向中间聚集，而中心的核反应则将气体原子向外吹，这样就构成了一个平衡。在很多人眼中，太阳都是一个在疯狂燃烧强烈地释放着能量的天体。但事实上，经过计算我们可以发现太阳每千克质量释放的能量，甚至还不如地球上的变温动物（蜥蜴或者是乌龟之类的），太阳的温度确实很高，但是只有那占总体级仅仅2%的核心才发生着核聚变，其他的气体都是在不断地被“吹胀”起来了而已。
太阳的核心虽小，却占有了50%的总质量
跟宇宙中的巨无霸比太阳不算什么，但是如果看平均值的话，太阳还是可以吹一吹的，我们的太阳比宇宙中80%的恒星都要大。所有小于8个太阳质量的恒星，也就是说宇宙中几乎绝大多数的恒星，从理论上来说，当它们死亡后都会变成白矮星，目前已知最小的白矮星，只有太阳17%的质量。
白矮星上的成分全都是被严重挤压变形的碳原子，他们的电子被挤压到了原子核附近，而电子和原子核之间的距离本来非常远，一个原子核只占原子体积的几千亿分之一，1立方厘米的白矮星质量为一亿吨，堪称压缩饼干中的压缩饼干。
白矮星小得不得了，太阳未来会和地球差不多大，原来它可是地球的300万倍大！
大于8个小于20~30个太阳质量的恒星最终可能在异常耀眼的超新星爆炸后留下一枚中子星，中子星就是把原子外面的电子最后一点空间也给挤没了，硬给它压到原子核里面里去了，带正电的质子和带负电的电子中和了，全部都变成了中子，这玩意儿的质量是每一方厘米10亿吨，堪称超级无敌究极压缩饼干。
中子星的大小，比三峡大坝要稍微大那么一点
而大于30个太阳质量的恒星，他们可能会先经历超新星爆发，也可能就这么无声无息的坍缩，大部分最终将会化为一枚黑洞（一切事情都有例外也是一个常识，有些大恒星会炸的尸骨无存，不会留下任何天体，这就是下一个故事了）。黑洞其实不是洞，它也是一个天体，只不过黑洞的引力极强，任何东西都无法逃出它的引力范围，所以它既然不会释放任何东西，我们就用“黑”来形容它，因为黑不是一种颜色，而是能将所有光吸收的特性。
落入黑洞假想图，黑色的不是黑洞本身，而是光无法逃出的引力边界
计算和观测之间好像差点东西
但其实在这件事情中藏着一个非常吊诡的问题，那就是我们找不到中子星和黑洞之间的平滑过渡，也就是在最大的中子星和最小的黑洞之间存在一段“真空地带”，目前我们在宇宙中没有找到任何一个符合条件的天体。
根据物理学计算，中子星的质量不能超过3倍太阳质量，超过这个数值，中子星的引力加速度将会超越光速，将任何物质都吸入其中，也就是化为黑洞，所以按照理论来看，我们应该可以在太空中观测到一些天体，他们的质量刚好介于中子星和黑洞之间，那样一定会观察到非常有趣的天文现象。
可以看到2~5倍之间没有已发现的天体
但事实情况是我们人类目前只找到过最大2.2个太阳质量的中子星和最小5个太阳质量的黑洞。而且这个数据是相当丰富的，我们能在天空中找到各种大小的中子星和黑洞，但唯独找不到这个区间内的，这就让天文学家感到非常困惑，我们要如何解答这个问题，就是当前天文学研究的热门话题之一。
想的不全和看的不远，究竟是谁？
现在的科学家面前有两条路可走，要么我们承认现在对于超新星爆发和黑洞的形成机制还有一定的误解，或许宇宙中根本形成不了少于5个太阳质量的黑洞，为此我们需要添加更多的理论细节来自圆其说。
LIGO的样子，一点都不像天文台
相比之下，第二条方案就简单的多，我们只需要大大方方地承认，之前人类的探测技术没有办法准确地捕捉到小于5个太阳质量的黑洞，之所以这么说，是因为现在我们拥有了一台更NB的设备：LIGO，它或许可以帮我们找到小型的黑洞。黑洞的发现之所以困难，是因为它本身不会发光，我们只能通过一些由它巨大引力所衍生出来的一些现象来判断，比如吞噬周围的物质，因物质掉落速度太快而急剧摩擦，发出光和热。这就决定了黑洞越大越容易被观测到，去年拍摄的那张黑洞照片，就是一个极大的黑洞，名叫m78，有65亿个太阳那么多！而那些极小的黑洞就在宇宙众多的射线和光芒中泯然众人了。
两个大质量天体必然产生引力激荡
而LIGO就是这样一台极其灵敏的探测设备，虽然这个名字看上去非常陌生，但是说起有关于这台设备的新闻，你们肯定都听讲过。2021年首次测到引力波时，还炒火了一个“引力波哥”（虽然实际上这个预言是爱因斯坦提出来的，和他半毛钱关系也没有）。没错，引力波就是用它探测到的，现在这台机器又做了升级，精度再次提高，我们可以用它来寻找天空中那些看不见的小小黑洞。
LIGO的原理，光干涉臂
具体怎么做呢，难道黑洞会释放引力波？当然不是，两个黑洞或一个黑洞和一颗中子星，它们可以相互缠绕旋转组成的双星系统，两个强大的引力源会向外释放引力波，因此只要使用LIGO探测引力波，就可以知道离我们较近的双星系统中有没有这样一颗小黑洞。
2021年8月14日，LIGO宣布了一个疑似小型黑洞引力波的探测数据，虽然后续分析可能表明这是一颗与黑洞合并的中子星，而不是位于“真空地带”区域的天体，但LIGO终于拥有了可以寻找小黑洞的能力却已经相当明确了，希望它能在未来给我们带来好消息，让我们看到更深更远的宇宙。
都说黑洞无法被观察到，如何发现它们的存在的？
就目前来讲，人类并没有准确的技术能够去准确地在广袤的宇宙当中寻找出黑洞的相关技术。因为人们并不能够通过我们已有的一些信息技术去发现黑洞，因为在我们的认识当中黑洞是能够吞噬一切的，这其中包括人类现在所能够使用的信息技术。所以说，人们在寻找黑洞上所使用的是一些与黑洞相匹配的相关现象，以此来发现黑洞的所在位置。
人类怎样才能观测到黑洞？科学家：我们目前只能使用“排除法”
人类怎样才能观测到黑洞？科学家：我们目前只能使用“排除法”
“黑洞”可谓是宇宙当中最神秘的星体了，由于黑洞的“密度”极大，导致他的逃逸速度超过了光速，所以连光都无法从黑洞逃脱。可是我们知道，人类能够看到其他的东西，都是因为这些东西的表面反射出了光，传到人类的眼中。那么既然黑洞是一个无法反射光线的物体，那么人类又是如何观测到黑洞的呢？
首先我们来回顾一下人类对“黑洞”的研究 历史 。首先是爱因斯坦在提出了广义相对论的时候，就预言了黑洞的存在；之后由史瓦西计算出了黑洞的大小和“视界”；再然后惠勒为黑洞命名，同时推断出了它的部分性质；再到后来霍金提出了“霍金辐射”，指出黑洞并非“只进不出”，而是在用一种我们探测不到的方式在释放能量……
可是说了这么多，我们人类直到现在还没有直接地观测到过黑洞——因为从光学的角度来讲，黑洞是不可能被人类直接观测到的。以人类目前的 科技 水平，也只能通过黑洞周围一些星体的状态，来推断它们附近是否存在黑洞，最后再用排除法确认黑洞的存在。可是说来容易，实际上探寻黑洞的踪迹却没那么简单：因为黑洞是一种质量很大，而体积却很小的高密度星体。如果把太阳压缩成黑洞，那么它的直径就只有3公里那么大；如果把地球压缩成黑洞，那大小更是只相当于一粒花生米左右。所以在宇宙中观测黑洞的难度，也就可想而知了。
黑洞通常存在于一明一暗的“双星系统”，或者是巨大星系的内部核心。目前科学家寻找黑洞时，主要也是针对这两个地方。在双星系统当中，一般两颗恒星都是非常明亮的，但是如果其中一个是黑洞，那么它就会吸收黑洞半径中的光线，导致“双星系统”变得一明一暗。例如科学家在2021年发现的编号为“MAXI J1659-152”的黑洞，就和它的红矮星伙伴，形成了一个双星系统。
至于第二种存在于巨大星系内部核心的黑洞，那最好的例子就是银河系中心的黑洞了，这个黑洞被科学家命名为“人马座A*黑洞”（Sgr A*）。这个黑洞的质量大约是太阳的400万倍，也是距离地球最近的超大质量黑洞。同时也正是这个黑洞，维系着银河系这个庞大星系的运转。同时从人马座A*黑洞附近的行星运行轨道来看，这个大黑洞的周围，还存在着许多的小黑洞，尚未被人类全部发现。
所以科学家在发现了黑洞可能的存在“踪迹”后，还要通过“排除法”来确认黑洞的存在。如果能够排除它是“中子星”或者“白矮星”之后，基本上就能够确认黑洞的存在了。目前这也是科学界普遍认同的一种，确认黑洞存在的方法。虽然听起来颇为“无奈”，但是毕竟人类的 科技 水平还十分有限，没有其他的办法确认黑洞的存在，所以只能使用这种“排除法”。
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