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黑黑黑黑From Zwicky
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近几年，从探测到引力波到看见黑洞，我们正一步步完成那些曾经认为不可能实现的任务。每一次的发现都让我们更加了解这个宇宙，但是，依旧有许多谜题在等待被解开。下面，我们分享几个关于黑洞、引力波和暗物质的新进展：
1.
4月25日，NASA的斯皮策太空望远镜发布了红外波段下的M87：
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/tqOuxs8dsHM9IeOgMicW8zZZqqUyj1ulH0jkMBia6Oexaic9ILXYDthKibial3iaibP4RtQRNicMP92zmVb9qHp7jLjiaFw/640?wx_fmt=jpeg
○ 星系M87。| 图片来源：NASA/JPL-Caltech/IPAC
M87是一个巨大的椭圆星系，距离地球5500万光年。在这张图片的嵌入图中，我们可以清楚地看到星系中央朝两边喷射出的物质。事实上，在星系中央的正是前段时间我们首次看到的超大质量黑洞“Powehi”:
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/tqOuxs8dsHM9IeOgMicW8zZZqqUyj1ulHrawZPz8E8kiaVLGwb1OcNicKlGWX5zdeoUhuQhPm8xZAH6Zjz2spmLnw/640?wx_fmt=jpeg
○ M87的中心是一个超大质量黑洞。| 图片来源：NASA/JPL-Caltech/IPAC
早在1918年，天文学家柯蒂斯（Heber Curtis）就观察到了“一条奇怪的直线射线”从星系中心延伸出来。这种明亮的喷流是由一个围绕着黑洞快速旋转的物质盘产生的，在多个波段中都能被观测到（从射电波到X射线）。
当喷流中的粒子撞击到星际介质（在M87之中的恒星间的稀疏物质）时，它们会产生一种冲击波。从图片中我们可以看到，冲击波比喷流本身更为突出。
我们看到，星系中心右侧的喷流更为明亮，它几乎是直接朝向地球方向运动的。它的亮度因为朝着我们的方向高速运动而被放大了，而这种放大的更主要原因是所谓的“相对论效应”。之所以有这种效应是因为喷流中的物质会以接近光的速度运动。喷流的轨迹与我们相对于星系的视线有轻微的偏差，所以我们仍能看到喷流的一些长度。冲击波是从喷流开始向下弯曲的地方开始的。
相比之下，另一边的喷流正高速远离我们，因此相对论效应会使它在所有波长下都不可见。但我们仍可以看到它产生的冲击波（像字母“C”的部分）。
通过在不同波段下的观测，科学家希望能够进一步理解与喷流有关的物理。
2.
4月29日，《自然天文》期刊上发表了一项很有意思的发现。
在距离地球7800光年远的天鹅座方向，有一个由黑洞（质量约为太阳的9倍）和恒星（质量是太阳的70%）组成的双星系统，被称为天鹅座V404。恒星的外层正被黑洞的强大引力捕获，被黑洞吸引的气体会在黑洞周围旋转，形成一个薄的吸积盘。吸积盘的内部区域非常的炽热，会释放出X射线辐射。
虽然这个系统比上面提到的超大质量黑洞要小很多，但它也可以产生喷流。当天文学家将望远镜瞄准天鹅座V404产生的喷流时，惊奇地发现：喷流的方向会随着时间的流逝快速地发生变化——这种变化甚至发生在几小时或几分钟之内！速度之快前所未见。在下面这个视频中，我们可以更直观的感受到究竟发生了什么：
○ 天鹅座V404的模拟。| 视频来源：ICRAR
3.
过去，天文学家寻找黑洞的主要手段就是在宇宙中搜寻双星系统辐射出的X射线。但到了2015年，天文学家首次探测到了由两个黑洞合并产生的引力波，从此我们又多了一个寻找黑洞的方法。
如今，引力波探测已经进入了势不可挡的新时代。四月初，美国的激光干涉引力波天文台（LIGO）与欧洲的室女座干涉仪（Virgo）在经历了全面升级之后，正式启动了新一轮的引力波探测实验。升级后，科学家们预期平均每周就能看到一起黑洞合并事件，每个月看到一起中子星合并事件。而就在这个月的8号、12号、21号、25号、26号，探测器均成功捕捉到了引力波的信号，发现频率与预期的吻合。
前三个引力波信号应该均来自双黑洞的合并，最新发现的两起事件则更加有趣。
4月25日，LIGO和Virgo都探测到了来自5亿光年之外的引力波。而且这次探测到的引力波极有可能（可能性超过99%）是来自双中子星的合并。一旦确认，这将是自2017年后发现的第二起中子星合并事件。就在这个事件发生后的不久，世界各地的天文学家都接到通知，他们将望远镜对准天空，希望能够捕捉到千新星爆发所发出的光。
而就在4月26日，LIGO和Virgo探测到一个更诱人的引力波信号：在12亿光年之外，一个黑洞正在吞噬中子星！这是天文学家长久以来都想要寻找的，但由于信号不是很强，他们还无法确认这一可能性，目前他们正在加紧分析数据。如果最终确认是黑洞和中子星合并产生的引力波，那么将会有大量的宇宙信息被揭示，其中包括对广义相对论的精确检验和对宇宙膨胀率的测量。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/tqOuxs8dsHM9IeOgMicW8zZZqqUyj1ulHrh99eHpic8yF3w6viafoIcrw1rrtzqjoOiavj118FrgbHynhP4Avep99w/640?wx_fmt=jpeg○ 黑洞正在吞噬中子星的模拟。| 图片来源：ICRAR
自引力波被发现之后，科学家就希望它能够揭示更多关于宇宙的秘密，这其中就包括搜寻暗物质（感兴趣的读者可阅读参考来源或《当黑洞、引力波和暗物质被联系起来》）。今天我们要讲的最后一个进展就与暗物质有关。
4.
1970年代，霍金和他的同事提出，在大爆炸之后，宇宙会创造出大量的微型原初黑洞。与普通黑洞不同，这些原初黑洞的形成并不存在质量下限。如果有一天LIGO能够探测到质量比太阳小的黑洞，那它很可能是一个原初黑洞。
这些古老的黑洞非常难被探测，但其强大的引力会影响其他物体，这一属性与暗物质很像。因此，当科学家在寻找神秘、不可见的暗物质时，自然会联想到暗物质也可以由原初黑洞组成（当然，暗物质也不太可能全部都是由原初黑洞构成的）。
这些微型黑洞要比M87中心的超大质量黑洞小数十亿倍，周围并没有可见的发光物质。而我们知道，黑洞强大的引力场能够使恒星发出的光线在经过时发生弯曲——这一现象被称为微引力透镜。因此，天文学家的目标就是寻找微引力透镜的信号。
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○ 仙女座星系。| 图片来源： HSC-SSP and NAOJ
在一个晴朗的夜空，天文学家将望远镜对准了仙女座星系，进行了七个小时的拍摄。如果原初黑洞真的构成了暗物质的很大一部分，那么天文学家预期在这次观测中应该会看到大约1000个微引力透镜的信号，但结果是他们只观测到了1个可能的信号。
这是否意味着我们可以完全排除原初黑洞构成暗物质的可能性？研究人员认为，一些特定质量范围内的原初黑洞仍未被完全排除。
参考来源： https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7385 https://www.nature.com/articles/s41586-019-1152-0 https://www.symmetrymagazine.org/article/what-gravitational-waves-can-say-about-dark-matter https://www.livescience.com/65300-hawking-black-hole-theory-unlikely.html
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