【菜科解读】

新的研究表明，黑洞是一种奇怪的宇宙物体，可能并不像看上去的那样。

（图片uux.cn美国航空航天局/喷气推进实验室加州理工学院）据美国太空网（安德烈·费尔德曼）：黑洞是宇宙中最神秘的物体之一，能够使周围的空间结构剧烈变形，甚至连光都无法逃脱它们的引力控制。

但事实证明，科学家们对这些神秘物体的大部分了解可能是错误的。

根据4月发表在《物理评论D》杂志上的一项新研究，黑洞实际上可能是完全不同的天体，被称为引力星。

研究合著者、波兰格但斯克大学物理学教授Jo o Luís Rosa在一封电子邮件中告诉《实时科学》：Gravastar是（2001年）作为黑洞的替代品引入的假想天体。

。

它们可以被解释为由真空能量或暗能量组成的恒星：推动宇宙加速膨胀的能量类型相同。

用gravastars解决黑洞悖论德国物理学家和天文学家卡尔·史瓦西于1915年根据阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论的计算首次预测了黑洞。

多年来，天文观测似乎证实了类似黑洞的物体的存在。

然而，史瓦西对这些空间物体的描述有一些不足之处。

特别是，黑洞的中心被预测为一个密度无限高的点，称为奇点，黑洞的所有质量都集中在这里，但基础物理学告诉我们，无穷大是不存在的，它们在任何理论中的出现都标志着它的不准确或不完整。

罗莎说：这些问题表明，黑洞模型中存在错误或不完整的地方，有必要开发替代模型。

。

gravastar是提出的许多替代模型之一。

gravastar的主要优点是它们没有奇点。

暗能量是一种奇怪的现象，被认为是宇宙加速膨胀的原因。

但它是否也会像gravatar理论所暗示的那样，将黑洞连接在一起？（图片uux.cn美国国家航空航天局/欧空局/哈勃；

致谢：朱迪·施密特（哥斯拉））像普通黑洞一样，巨星应该出现在大质量恒星进化的最后阶段，当它们内部物质的热核燃烧过程中释放的能量不再足以克服重力，恒星坍塌成密度更大的物体时。

但与黑洞不同的是，Gravastar预计不会有任何奇点，而是被认为是物质的薄球体，其稳定性由其内部的暗能量维持。

为了找出Gravastar是否是奇异黑洞的可行替代品，Rosa和他的同事研究了粒子和辐射与这些假设物体的相互作用。

利用爱因斯坦的理论，作者们研究了如果超大质量黑洞实际上是巨星，那么围绕这些黑洞的巨大热物质质量将如何出现。

他们还仔细研究了热点的性质——以接近光速围绕黑洞运行的巨大气泡。

他们的发现揭示了Gravastar和黑洞的物质发射之间惊人的相似性，这表明Gravastar与科学家对宇宙的实验观测并不矛盾。

此外，研究小组发现，gravastar本身应该看起来几乎像一个单一的黑洞，产生可见的阴影。

罗莎说：这种阴影不是由光被困在视界中引起的，而是由一种稍有不同的现象引起的，这种现象被称为‘引力红移’，导致光在穿过具有强大引力场的区域时失去能量。

。

事实上，当这些替代物体附近区域发出的光到达我们的望远镜时，它的大部分能量会被引力场损失，导致这种阴影的出现。

Schwarzschild的黑洞模型和gravastars之间惊人的相似之处突出了后者作为一种现实的替代方案的潜力，不受奇点的理论陷阱的影响。

然而，这一理论需要实验和观测的支持，研究作者认为这些实验和观测可能很快就会实施。

虽然巨星和奇异黑洞在许多方面可能表现相似，但发射光的细微差异可能会使它们区别开来。

罗莎说：为了通过实验测试我们的结果，我们期待着引力物理学的下一代观测实验。

她指的是智利超大望远镜中增加的黑洞狩猎事件视界望远镜和GRAVITY+仪器。

这两个实验旨在密切观察星系中心附近发生的事情，特别是我们自己的银河系。

中等质量黑洞发现未解之谜

分析显示，合并后的黑洞质量约为太阳的142倍，而其“父母”黑洞的质量分别为太阳的66倍和85倍。

这一发现被认定为首个对中等质量黑洞的直接探测，填补了恒星质量黑洞（约100倍太阳质量）与超大质量黑洞（百万至十亿倍太阳质量）之间的质量空白。

高质量间隙黑洞的突破性意义此次发现的85倍太阳质量黑洞具有特殊意义。

根据现有恒星演化模型，质量超过65倍太阳的黑洞无法通过单颗恒星坍缩形成，因其超新星爆发会完全摧毁恒星核心，无法留下坍缩为黑洞的物质。

该黑洞的发现首次明确了“高质量间隙”（恒星质量黑洞与中等质量黑洞之间）的存在，挑战了传统理论，并为研究黑洞形成机制提供了新方向。

引力波探测技术的关键作用传统黑洞探测依赖间接方法（如观测黑洞吞噬物质时释放的辐射），而引力波探测技术（如LIGO）通过捕捉双黑洞合并产生的时空涟漪，实现了对黑洞的直接观测。

GW190521的信号虽仅持续十分之一秒，但科学家通过分析其特征（如频率、振幅），结合爱因斯坦广义相对论，确认了中等质量黑洞的诞生。

这一技术突破为黑洞研究开辟了新途径。

科学界的争议与未解问题尽管证据确凿，但科学家对GW190521的性质仍存在争议。

部分学者认为，该事件可能代表了一种全新的双黑洞类型，而另一部分则认为其可能是已知高质量黑洞的特殊案例。

此外，中等质量黑洞的数量稀少性（全宇宙仅探测到少数案例）及其形成机制（如是否通过多次合并或未知过程产生）仍是未解之谜。

这些争议推动了后续研究，例如通过更大规模的引力波探测网络（如LISA）进一步验证结果。

对超大质量黑洞形成之谜的启示中等质量黑洞的发现为解锁超大质量黑洞的形成提供了关键线索。

目前主流理论认为，超大质量黑洞可能由中等质量黑洞通过持续吸积物质或多次合并逐步增长形成。

GW190521的案例支持了这一假设，即中等质量黑洞可作为超大质量黑洞的“种子”，在宇宙早期环境中通过复杂过程演化而来。

引力波天文学的黎明时代科学家普遍认为，当前引力波天文学仍处于初级阶段，但GW190521的发现标志着该领域的重大突破。

正如西北大学天文学家蔡斯·金博所言：“我们正处在引力波天文学的黎明时代，这一发现不仅回答了现有问题，更提出了大量新问题。

”未来，随着探测技术的升级（如第三代引力波探测器）和国际合作（如LIGO-Virgo-KAGRA网络），人类对黑洞的认知将进一步深化。

总结：中等质量黑洞的发现已通过引力波探测得到直接证实，其存在为黑洞质量分布、形成机制及超大质量黑洞演化等核心问题提供了关键证据。

尽管部分细节仍存争议，但这一发现无疑推动了天文学前沿研究，标志着人类对宇宙奥秘的探索迈出了重要一步。

超级黑洞诸多未解之谜

例如哈勃的史密松天体物理中心的科学家，发现存在质量较为庞大的活动星系，最为遥远的星系核能够追溯到宇宙诞生后大约12亿年。

不同星系中超级黑洞质量差异较大。

如M60 - UCD1星系内部存在一个质量达到2100万太阳质量的超大质量黑洞，而银河系中央黑洞的质量仅为400万个太阳质量，M60 - UCD1星系比银河系小大约500倍，但黑洞质量占到了星系质量的15%，说明小星系中也可能隐藏大质量黑洞。

形成原因恒星吞噬说：超级黑洞以吞噬宇宙中的恒星而形成，它可以吞噬宇宙中所有的恒星，甚至是整个太阳系、银河系。

气云萎缩说：气云萎缩成数十万太阳质量以上的相对论星体，该星体会因其核心产生正负电子对所造成的镜像扰动而开始出现不稳定状态，并会直接在没有形成超新星的情况下萎缩成黑洞。

高密度星团说：涉及高密度星团，其副热容会促使核心的分散速度成为相对论速度，进而形成黑洞。

大爆炸瞬间说：在大爆炸的瞬间从外压制造出黑洞。

恒星爆炸连锁反应说：研究小组通过X射线观测发现，在距地球1200万光年的M82星系中，有两个中等大小的黑洞存在，它们的位置接近该星系的中心。

这两个超级黑洞很有可能是一连串的恒星爆炸所产生的连锁反应形成的紧凑、质量巨大的超级黑洞，然后慢慢坍缩成中等质量的黑洞，该星团随后下沉到该星系中心，逐渐演变成为超级黑洞。

特性密度特性：超大质量黑洞平均密度可以很低，甚至比空气密度还要低。

这是因为其半径与其质量成正比，而密度则与体积成反比，由于球体体积与半径立方成正比，质量差不多以直线增长，体积增长率更大，所以密度会随黑洞半径增长而减少。

对星系形成的作用：黑洞强大的吸引力间接帮助了星系的形成，恒星不能靠近黑洞，久而久之形成了太阳系、银河系等。

例如美国宇航局的科学家通过费米伽马射线望远镜观测到银河系中央出现了神秘的气泡，可能与银河系中的超级黑洞有关。

相关未解之谜费米气泡之谜：美国宇航局通过费米伽马射线望远镜观测到银河系中央出现对称的伽马射线气泡，跨度达到3万光年，而银河系直径才10万光年左右。

对于费米气泡的形成机制，科学家提出了一些模型，如银河系中央超大质量黑洞形成的巨型喷流，黑洞在其两极附近可形成接近光速的物质喷射；

或者黑洞周围聚集大量气体，形成质量庞大而短命的恒星，这些天体形成超新星爆发形成费米气泡等，但这些模型都不完美，其形成机制仍然不确定。

吞噬能力之谜：超级黑洞靠着吞噬宇宙中的恒星形成巨大体积，但为什么具有如此大的吞噬能力，目前还不得而知。