銀河系中心潛伏著什麼？幾十年來，天文學家已經知道大部分答案。正如在大多數大型星系中一樣，一個超大質量黑洞位於我們宇宙島嶼的中心，被分子云和恆星的漩渦所包圍。
但是，這張圖中似乎缺少了一些東西：最重的恆星死亡時可能產生的恆星質量黑洞。理論家長期以來一直預測，這種黑洞應該大量存在於我們星系恆星密集的中心，但它們以及其他附近大型星系的所謂核中的存在證據卻很少。天文學家將此歸咎於黑洞太暗淡，無法在嘈雜的 X 射線背景中被識別出來。
四年前，哥倫比亞大學的天體物理學家查克·海利在《自然》雜誌上發表了一篇論文，他和他的合著者在論文中聲稱，他們終於窺探到了銀河系隱藏的黑洞群——或者更確切地說，是這個黑洞群中最引人注目的成員。如果其中一些黑洞是雙星——意味著它們與另一個天體（通常是恆星）一起執行——它們應該從這樣的伴星中虹吸物質，在這個過程中，物質會升溫併發出可探測到的 X 射線。海利和他的同事使用了美國宇航局錢德拉 X 射線天文臺十多年的檔案資料，在銀河系核心附近發現了十幾個以前未知的 X 射線輻射源——他們說，每個輻射源都可能代表一個正在吞噬恆星的黑洞。因此，總體而言，這十幾個候選者將暴露成千上萬個未被發現的、較為安靜的同類的存在。
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然而，現在，另一個團隊的一項新研究對這種解釋提出了質疑。它反而認為，來自銀河系核心的 X 射線訊號很可能由中子星雙星引起。一個沒有長期預測的恆星質量黑洞中心群的銀河系將是令人不安的，至少可以說，因為它表明理論家對星系如何運作的理解仍然存在很大的差距。
高風險
曼哈頓社群學院的天文學家薩維克·福特說，找出銀河系中心是否擁有黑洞群非常重要，正是因為這種知識可以極大地幫助科學家回答關於星系形成和演化的幾個懸而未決的問題。“我們想了解星系是如何組裝起來的，而星系核似乎起著重要的作用，”福特說，他沒有參與這兩項研究。“我們知道超大質量黑洞的質量與成熟星系的大尺度特徵相關，但我們不確切知道這些超大質量黑洞是如何增長得如此巨大和如此之快的。”
星系的黑洞填充的核也將是產生引力波的奇異天體物理事件的主要場所，天文學家現在越來越頻繁地發現引力波。時空結構中的這些漣漪可能來自許多宇宙源，但目前對於現有設施來說，最容易探測到的是來自恆星質量黑洞合併的引力波。這種合併應該最常發生在恆星質量黑洞最集中的地方。而星系核仍然是理論家們認為這些條件發生的最有可能的地方。
時間問題
德克薩斯理工大學的天體物理學家湯姆·馬卡羅尼是上個月發表在《英國皇家天文學會月刊》上的新研究的主要作者，他指出，沒有人質疑海利及其公司報告的誘人 X 射線源的存在，其中一些來源可能確實與黑洞有關。相反，馬卡羅尼和他的合著者對之前論文的分析和解釋提出了異議，他們說，這種異議削弱了其核心結論。
“海利的團隊發現了雙星系統中的中子星或黑洞，”馬卡羅尼說。“每個人都同意這一點。資料是好的。資料顯示這些天體沒有[週期性短週期]爆發。每個人也同意這一點。”馬卡羅尼說，爭論的核心是“海利聲稱這意味著它們一定是雙星黑洞，因為雙星中子星[據推測]大約每五年爆發一次。但他從未檢查這是否真的屬實。我檢查了，結果並非如此。”
中子星是已消亡的大質量恆星的城市大小的殘骸。它們不是黑洞，但它們的引力如此強大，以至於它們看起來和行為都像黑洞冒名頂替者，而且人們也認為它們在銀河系核心中很普遍。與黑洞一樣，它們也能夠捕獲和吞噬伴星，並且它們偶爾會在吞噬時發出巨大的 X 射線爆發。僅從 X 射線輻射來看，可能無法判斷 X 射線雙星系統包含的是黑洞還是冒名頂替的中子星。
一些天文學家，包括海利和他的合著者，假設可以透過仔細監測 X 射線雙星爆發的時間來區分。他們認為，包含黑洞的 X 射線雙星系統的爆發頻率低於包含中子星的其他系統。資料的匱乏使理論家們不確定，但他們的工作表明這可能是真的。然而，觀測者尚未最終證明存在任何時間差異。為了尋找這些問題的答案，天文學家們——目前——正在他們的領域前沿黑暗中摸索。
馬卡羅尼堅持認為，將中子星雙星等同於快速重複爆發只不過是天文傳說；它是偏倚資料集中的統計偽影的產物。具體來說，他說，每 5 到 10 年重複爆發的中子星在天文學家的目錄中被過度表示，因為與爆發頻率較低的、更安靜的中子星相比，這種系統只是提供了更有用的資料。
為了證明他的觀點，他和他的合著者檢查了來自美國宇航局羅西 X 射線定時探測器 (RXTE) 的中子星資料，該探測器於 1995 年發射，執行了為期 16 年的任務，以調查整個天空的時間依賴性 X 射線輻射。他們的分析表明，RXTE 發現了許多爆發週期超過十年的爆發中子星，並且發現了更多爆發過一次但尚未重複爆發的中子星。馬卡羅尼說，RXTE 的調查範圍、深度和持續時間及其由此產生的來自爆發雙星中子星的 X 射線收穫意味著，在整個銀河系中可能存在數以萬計的此類未被發現的系統。簡而言之，它們的普遍性被大大低估了，因為它們的典型爆發週期超過了天文學家最長、最敏銳的調查的持續時間。
有問題的比較
哈佛-史密森天體物理中心天文學家卡里姆·埃爾-巴德里（他沒有參與這兩個團隊）表示，這突顯了大自然對我們人類侷限性的漠不關心的更深層次、更普遍的問題。宇宙事件可能而且確實發生在時間尺度上，這些時間尺度使個人甚至整個文明的壽命相形見絀，這反過來意味著，僅僅依靠觀測是天文學家獲得對外界事物有偏見的看法的必由之路。“你可以想象可能存在大量中子星雙星，它們每百萬年爆發一次，但如果你只觀測幾十年，你永遠不會看到它們，”埃爾-巴德里說。“爆發週期不一定是判斷某物是黑洞還是中子星雙星的好指標。”
在為自己辯護時，海利指出，他從未聲稱所有十幾個點源都是黑洞雙星。相反，他表明，鑑於這些來源的特徵，它們很可能是黑洞候選者，這在統計學上將天平傾向於銀河系中心的黑洞群。“即使銀河系中心只有少數黑洞雙星，也意味著存在成百上千個孤立的黑洞，”他說。
此外，他對他的批評者提出了批評，他說批評者允許偏見腐蝕他們自己的結論。海利說，馬卡羅尼及其同事的分析過度依賴來自球狀星團的中子星資料，球狀星團是散佈在我們星系中的古老恆星聚集體。他說，相對平靜的球狀星團與銀河系中心活躍的環境之間的無數差異累積起來，使它們各自的中子星群之間的比較無效。
“一個類比是，馬卡羅尼所做的是試圖透過研究他在德克薩斯州郊區觀察到的摩天大樓數量來推斷紐約市的摩天大樓數量，”海利說。“這些是不同的環境，並且會得出誤導性的結論。”
此外，海利和他的同事說，他們感到困惑的是，既然現在存在更靈敏的 X 射線源調查，馬卡羅尼為什麼要使用有些過時的 RXTE 資料。
馬卡羅尼回應說，“使用關於銀河系中心區域的更高質量的 X 射線監測資料對我們沒有幫助，因為我們不知道 X 射線源的性質。這將需要迴圈論證。它們是黑洞雙星還是中子星雙星？這就是爭論的焦點。”
答案等待揭曉
目前，黑洞群仍然是銀河系中心神秘 X 射線源的主要解釋，這與該假設更廣泛的理論遺產相符。不方便的事實可能是，這個謎題沒有萬能的解決方案，黑洞和中子星的混合解釋了這些觀測結果。“現實情況是：宇宙必須非常病態，銀河系中心才沒有黑洞，同樣地，才沒有中子星，”福特說。
進一步的澄清可能很快就會到來。新墨西哥州的卡爾·G·詹斯基甚大陣列射電望遠鏡的升級版“下一代”有望在 2020 年代末開始執行，並解決這場辯論。該陣列將足夠靈敏，可以測量這些來源的微弱無線電波，並且將它們與 X 射線輻射進行簡單比較應該可以辨別出任何給定的來源是中子星還是黑洞。
馬卡羅尼說：“這場爭議突顯了多波長天文資料集的需求。“X 射線資料可以識別有趣的來源，但現在我們需要無線電或紅外資料來解決問題。”
對於海利來說，這場辯論本身就是對其 2018 年論文的影響力的一種證明——無論其作用多麼微小，它都使科學家更接近真理。“這篇論文取得的成就超出了我的預期，”他說。“它引發了巨大的理論興趣，我想，也引發了一些爭議。這一切都很有趣。”