天文學家首次瞥見了長期預測存在於銀河系中心的黑洞群。
科學家們早就知道，我們銀河系的核心擁有一個質量是太陽數百萬倍的超大質量黑洞，並且這個龐然大物被各種較小的伴星所包圍。普通恆星被其引力束縛，像颶風中的螢火蟲一樣圍繞著這個巨大的黑洞飛舞。中子星和白矮星等天體物理學上的奇異天體也是如此——它們是普通恆星死亡後留下的殘骸。據推測，黑洞也應該在那裡，要麼是在銀河系中心附近由大質量恆星死亡而誕生，要麼是透過從更遠的地方遷移而來。
這些黑洞每個的質量應該比我們的太陽大10到20倍。這種體積會使它們表現得有點像沉重的卵石，比細沙更快地沉到井底，在較輕的周圍恆星中穿梭，到達非常靠近銀河系核心的穩定軌道。自20世紀70年代以來，研究這一過程的理論家預測，銀河系中心將聚集著數千個黑洞，並以一個外部“尖端”為界，超過這個尖端，黑洞的數量應該驟降。但是，儘管預測它們很普遍，但這些黑洞非常黑暗和靜止，以至於它們幾乎無法被探測到，因為銀河系中心的光彩奪目——至少，直到現在。
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利用美國國家航空航天局（NASA）錢德拉X射線天文臺12年的檔案資料，由哥倫比亞大學天體物理學家查爾斯·J·海利領導的一個團隊在銀河系中心幾光年範圍內，在我們銀河系超大質量黑洞的引力範圍內，發現了十幾個潛在的黑洞。該團隊推測，這些一定是長期以來理論預測的尖端的首批觀測跡象。根據這12個系統的輻射和空間分佈，該團隊估計應該有10,000到20,000個這樣的天體圍繞我們銀河系的核心旋轉，其中大部分是看不見的。從對比的角度來看，除了這新發現的十幾個黑洞外，科學家們在整個銀河系中只識別出大約60個黑洞，而且除了少數幾個外，都遠離銀河系中心。這些發現發表在2018年4月《自然》雜誌的一篇論文中。
這項研究似乎證實了理論家（如加州大學洛杉磯分校的天體物理學家馬克·莫里斯）的預測，他在1993年撰寫了一篇關鍵論文，預測數以萬計的恆星質量黑洞將在銀河系中心周圍形成一個圓盤。幾十年來，其他解決這個問題的理論家也得出了類似的估計。“關於這個想法從來沒有太大的爭議，因為這只是簡單牛頓動力學的一個必然結果，”莫里斯說。“唯一的問題是，真的很難證明這一點。”
“在銀河系中心找到大量黑洞的證據證實了銀河系動力學的一個基本和重要的預測，”海利說。“這些天體也為我們提供了一個獨特的實驗室，可以瞭解大黑洞如何與小黑洞相互作用，因為我們無法輕易地在其他更遙遠的星系中研究這些過程。”
海利和他的團隊使用了錢德拉資料，因為銀河系中心的黑洞應該最容易透過X射線看到，X射線是在黑洞與一顆低質量恆星形成雙星系統併吞噬其捕獲的伴星時產生的。
在黑洞引力的吸力下，恆星的外層將堆積在黑洞的口部外，形成一個螺旋狀的、穩定發光的光碟。從地球附近觀察，這些光碟發出的強烈X射線輻射將極其微弱，每隔五到十分鐘才向錢德拉的光學器件傳送一個光子。這些微弱的輻射也將與銀河系中心的許多其他X射線源混合在一起。為了確定他們十幾個候選者的性質，海利的團隊繪製了它們的光譜峰值，並跟蹤了它們隨時間變化的活動，發現了與之前在銀河系其他地方觀測到的雙星黑洞輻射一致的模式。銀河系中心必須有數以萬計的黑洞這一事實源於這樣一種觀念，即這些天體只有極少數會伴隨一顆恆星使其發光——大多數將保持孤立，成為看不見的單身星。
莫里斯稱這項工作“令人興奮”，但指出，由於分析中使用的光子總數非常少，在12個假定的黑洞中，有些可能實際上僅僅是統計上的偶然事件，是由其他來源的巧合定時發射產生的。海利也承認，在探測到的十幾個源中，他確信只有一半是黑洞——其餘六個，他說，表現出的行為也可以解釋為來自快速旋轉的中子星（稱為毫秒脈衝星）的輻射。
儘管存在這種不確定性，但巴塞羅那大學未參與這項研究的天體物理學家霍爾迪·米拉達-埃斯庫德表示，研究結果應該對未來的研究產生深遠的影響。“像這樣的發現總是會產生我們目前無法預測的後果，”他說。“如果得到證實，這些黑洞的存在表明，類似的濃度應該存在於宇宙中大多數星系的中心。”這種證實可能來自未來十年錢德拉的額外觀測，或者來自錢德拉提議的繼任者，一個名為Lynx的空間望遠鏡的研究，美國國家航空航天局正在研究該望遠鏡的潛在開發和在2020年代或2030年代發射的可能性。
研究引力波的科學家可能會從進一步研究隱藏在銀河系核心的黑洞中獲益最多。這些時空中難以捉摸的漣漪是阿爾伯特·愛因斯坦一個多世紀前預測的，直到最近才被觀測到，迄今為止的大多數探測都追溯到數十億光年外合併的黑洞。神秘的是，這些黑洞中的大多數尺寸都不太合適，看起來太大，無法直接從垂死的巨型恆星中輕易形成。另一種解釋認為，這些異常巨大的黑洞在全球狀星團等恆星群中生長和合並，但這個過程很容易比宇宙的當前年齡需要更多的時間。“那麼你如何得到這些東西呢？”莫里斯說。“已經有數百篇論文在推測這一點。但是，如果你在星系中心有黑洞群，那麼就存在一些機制，透過這些機制，一些黑洞可以迅速生長，形成雙星並相互合併。”
無論科學家們如何跟進這項發現，結果都將“確定像銀河系這樣的普通星系中心的黑洞數量，”海利說。“這將是非常寶貴的，特別是對於試圖計算星系核心預期引力波事件的性質和數量的研究人員而言。天體物理學家需要的所有資訊都在那裡，在我們銀河系的中心。”