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近幾年，從探測到引力波到看見黑洞，我們正一步步完成那些曾經認為不可能實現的任務。每一次的發現都讓我們更加了解這個宇宙，但是，依舊有許多謎題在等待被解開。下面，我們分享幾個關於黑洞、引力波和暗物質的新進展：

1.

4月25日，NASA的斯皮策太空望遠鏡發布了紅外波段下的M87：

星系M87。| 圖片來源：NASA/JPL-Caltech/IPAC

M87是一個巨大的橢圓星系，距離地球5500萬光年。在這張圖片的嵌入圖中，我們可以清楚地看到星系中央朝兩邊噴射出的物質。事實上，在星系中央的正是前段時間我們首次看到的超大質量黑洞「Powehi」:

M87的中心是一個超大質量黑洞。| 圖片來源：NASA/JPL-Caltech/IPAC

早在1918年，天文學家柯蒂斯（Heber Curtis）就觀察到了「一條奇怪的直線射線」從星系中心延伸出來。這種明亮的噴流是由一個圍繞著黑洞快速旋轉的物質盤產生的，在多個波段中都能被觀測到（從射電波到X射線）。

當噴流中的粒子撞擊到星際介質（在M87之中的恆星間的稀疏物質）時，它們會產生一種衝擊波。從圖片中我們可以看到，衝擊波比噴流本身更為突出。

我們看到，星系中心右側的噴流更為明亮，它幾乎是直接朝向地球方向運動的。它的亮度因為朝著我們的方向高速運動而被放大了，而這种放大的更主要原因是所謂的「相對論效應」。之所以有這種效應是因為噴流中的物質會以接近光的速度運動。噴流的軌跡與我們相對於星系的視線有輕微的偏差，所以我們仍能看到噴流的一些長度。衝擊波是從噴流開始向下彎曲的地方開始的。

相比之下，另一邊的噴流正高速遠離我們，因此相對論效應會使它在所有波長下都不可見。但我們仍可以看到它產生的衝擊波（像字母「C」的部分）。

通過在不同波段下的觀測，科學家希望能夠進一步理解與噴流有關的物理。

2.

4月29日，《自然天文》期刊上發表了一項很有意思的發現。

在距離地球7800光年遠的天鵝座方向，有一個由黑洞（質量約為太陽的9倍）和恆星（質量是太陽的70%）組成的雙星系統，被稱為天鵝座V404。恆星的外層正被黑洞的強大引力捕獲，被黑洞吸引的氣體會在黑洞周圍旋轉，形成一個薄的吸積盤。吸積盤的內部區域非常的熾熱，會釋放出X射線輻射。

雖然這個系統比上面提到的超大質量黑洞要小很多，但它也可以產生噴流。當天文學家將望遠鏡瞄準天鵝座V404產生的噴流時，驚奇地發現：噴流的方向會隨著時間的流逝快速地發生變化——這種變化甚至發生在幾小時或幾分鐘之內！速度之快前所未見。在下面這個視頻中，我們可以更直觀的感受到究竟發生了什麼：

天鵝座V404的模擬。| 視頻來源：ICRAR

3.

過去，天文學家尋找黑洞的主要手段就是在宇宙中搜尋雙星系統輻射出的X射線。但到了2015年，天文學家首次探測到了由兩個黑洞合併產生的引力波，從此我們又多了一個尋找黑洞的方法。

如今，引力波探測已經進入了勢不可擋的新時代。四月初，美國的激光干涉引力波天文台（LIGO）與歐洲的室女座干涉儀（Virgo）在經歷了全面升級之後，正式啟動了新一輪的引力波探測實驗。升級後，科學家們預期平均每周就能看到一起黑洞合併事件，每個月看到一起中子星合併事件。而就在這個月的8號、12號、21號、25號、26號，探測器均成功捕捉到了引力波的信號，發現頻率與預期的吻合。

前三個引力波信號應該均來自雙黑洞的合併，最新發現的兩起事件則更加有趣。

4月25日，LIGO和Virgo都探測到了來自5億光年之外的引力波。而且這次探測到的引力波極有可能（可能性超過99%）是來自雙中子星的合併。一旦確認，這將是自2017年後發現的第二起中子星合併事件。就在這個事件發生後的不久，世界各地的天文學家都接到通知，他們將望遠鏡對準天空，希望能夠捕捉到千新星爆發所發出的光。

而就在4月26日，LIGO和Virgo探測到一個更誘人的引力波信號：在12億光年之外，一個黑洞正在吞噬中子星！這是天文學家長久以來都想要尋找的，但由於信號不是很強，他們還無法確認這一可能性，目前他們正在加緊分析數據。如果最終確認是黑洞和中子星合併產生的引力波，那麼將會有大量的宇宙信息被揭示，其中包括對廣義相對論的精確檢驗和對宇宙膨脹率的測量。

黑洞正在吞噬中子星的模擬。| 圖片來源：ICRAR

自引力波被發現之後，科學家就希望它能夠揭示更多關於宇宙的秘密，這其中就包括搜尋暗物質（感興趣的讀者可閱讀參考來源[4]或《當黑洞、引力波和暗物質被聯繫起來》）。今天我們要講的最後一個進展就與暗物質有關。

4.

1970年代，霍金和他的同事提出，在大爆炸之後，宇宙會創造出大量的微型原初黑洞。與普通黑洞不同，這些原初黑洞的形成並不存在質量下限。如果有一天LIGO能夠探測到質量比太陽小的黑洞，那它很可能是一個原初黑洞。

這些古老的黑洞非常難被探測，但其強大的引力會影響其他物體，這一屬性與暗物質很像。因此，當科學家在尋找神秘、不可見的暗物質時，自然會聯想到暗物質也可以由原初黑洞組成（當然，暗物質也不太可能全部都是由原初黑洞構成的）。

這些微型黑洞要比M87中心的超大質量黑洞小數十億倍，周圍並沒有可見的發光物質。而我們知道，黑洞強大的引力場能夠使恆星發出的光線在經過時發生彎曲——這一現象被稱為微引力透鏡。因此，天文學家的目標就是尋找微引力透鏡的信號。

仙女座星系。| 圖片來源： HSC-SSP and NAOJ

在一個晴朗的夜空，天文學家將望遠鏡對準了仙女座星系，進行了七個小時的拍攝。如果原初黑洞真的構成了暗物質的很大一部分，那麼天文學家預期在這次觀測中應該會看到大約1000個微引力透鏡的信號，但結果是他們只觀測到了1個可能的信號。

這是否意味著我們可以完全排除原初黑洞構成暗物質的可能性？研究人員認為，一些特定質量範圍內的原初黑洞仍未被完全排除。

參考來源：

[1] https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7385

[3] https://www.symmetrymagazine.org/article/what-gravitational-waves-can-say-about-dark-matter

[4] https://www.livescience.com/65300-hawking-black-hole-theory-unlikely.html

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