超大质量双(shuang)黑洞示(shi)意图。

以上(shang)图片均为中国科学(xue)院国家天文台提供

黑洞，又一次成为热议话题。2024年(nian)度“中国科学(xue)十大进展”发布，“发现超大质量黑洞影响宿(xiu)主星系形成演化的重(zhong)要证据”入选。

“高冷”的黑洞，总不缺乏热切的关注目光。黑洞的背(bei)后有什(shi)么？自身不发光的黑洞，如何被“看见”和“听见”？黑洞会引发“时空涟漪(yi)”吗？对黑洞的好奇和认知，牵引着人类对宇宙“进化”的无限好奇。当大家凝视黑洞，看到的不仅是宇宙奇观，更(geng)是人类求索的勇气(qi)与不断(duan)刷(shua)新的科技标尺。

——编 者(zhe)

人类为什(shi)么要研究(jiu)黑洞？

宇宙中，有一类天体是通过“吃”来长大的。它就是黑洞。

长久以来，黑洞一直是科学(xue)领域的热点之一。霍金曾多次就黑洞研究(jiu)与人打赌，全输了，成为科学(xue)史(shi)上(shang)的趣谈。2019年(nian)，事(shi)件视界望远镜发布首(shou)次给星系M87中心黑洞拍的照片，外形酷(ku)似(si)甜甜圈的黑洞引发公(gong)众热议；2016年(nian)、2020年(nian)，黑洞研究(jiu)两(liang)获诺贝尔物理学(xue)奖(jiang)。

黑洞是如何“诞生”的？又是如何“长大”的？它如何与周围的宇宙环境相互作用？

这(zhe)一系列问题，大家统称为黑洞的形成和演化——这(zhe)是天文学(xue)的重(zhong)大课题。按照体重(zhong)，天文学(xue)家把黑洞分成三种类型：几倍到几十倍太阳质量的恒星级黑洞、星系中心几百万(wan)倍太阳质量以上(shang)的超大质量黑洞，以及(ji)介于(yu)二者(zhe)之间的中等(deng)质量黑洞。接下来，让大家一起走(zou)进黑洞“成长记”。

从“恒星葬礼”，到宇宙“巨无霸”，黑洞几乎与宇宙中所有的剧烈爆发事(shi)件相关，却又因(yin)其(qi)神秘性让人难以理解。从爱因(yin)斯坦的纸笔推演开始，黑洞研究(jiu)就像一场跨越百年(nian)的宇宙解谜游戏。

在(zai)解谜的过程中，技术的发展是人类最大的助力(li)。引力(li)波探测器让大家“听声辨位”，捕捉黑洞并合的“时空涟漪(yi)”；事(shi)件视界望远镜则像一台“宇宙相机”，成功拍下了黑洞的“剪影”。

人类为什(shi)么要研究(jiu)黑洞？黑洞研究(jiu)与大家的生活密切相关：WiFi技术的诞生，最初是为了传输黑洞数据；引力(li)波探测中的激光干涉技术，如今应用于(yu)地震预警(jing)、精(jing)密制造和医(yi)学(xue)成像……

黑洞不仅是宇宙的谜题，更(geng)是人类探索未知的象(xiang)征。尽管前路漫(man)漫(man)，但幸(xing)运的是，大家已经“看见”“听见”了黑洞，在(zai)揭(jie)开宇宙隐藏奥(ao)秘的路上(shang)，不断(duan)前行。

银(yin)河系内究(jiu)竟有多少恒星级黑洞？

想象(xiang)一下：一颗比(bi)太阳重(zhong)20多倍的恒星，在(zai)生命末期像一颗膨胀到极限的气(qi)球(qiu)，“砰”的一声炸掉“外衣”，如烟花一样照亮宇宙，这(zhe)就是超新星爆炸。而恒星的核心——如果高于(yu)3倍太阳质量，便会在(zai)引力(li)作用下，迅速坍缩成一个(ge)连光都无法逃脱的“囚笼(long)”，恒星级黑洞由此诞生。

第一颗被发现的恒星级黑洞是位于(yu)天鹅座的Cygnus X—1。按照恒星演化理论，银(yin)河系中有数千万(wan)例黑洞，并且质量越小，数目越多。但目前为止，银(yin)河系内仅确认了不到50例黑洞，其(qi)中3—5倍太阳质量的小质量黑洞是缺失(shi)的（称为“黑洞质量间隙”）。这(zhe)意味着，目前的黑洞样本可能有很大偏差，大家需要搜寻黑洞并建立大样本，研究(jiu)它的质量分布。

黑洞非常小，自身不发光，如何找到它们？

天文学(xue)家发展出了很多方法，包(bao)括X射线方法（探测黑洞吸积伴星物质发出的X射线）、引力(li)波方法（探测两(liang)颗黑洞互相绕转发出的引力(li)波）、视向速度方法（探测伴星绕黑洞转动造成的多普勒运动）、天体测量方法（探测伴星绕黑洞转动造成在(zai)天球(qiu)位置上(shang)的周期性变化）、引力(li)透镜法（探测黑洞经过背(bei)景恒星前面造成恒星光度的变化）等(deng)。

这(zhe)些年(nian)，黑洞的搜寻与测量方面有了不少进展。2024年(nian)，盖亚望远镜发现了目前为止银(yin)河系最大的恒星级黑洞GaiaBH3（33倍太阳质量）；我国天文学(xue)家利用郭守敬望远镜发现了置信度最高的位于(yu)质量间隙的小黑洞G3425（3.6倍太阳质量），说明小质量黑洞可以存在(zai)，填补了黑洞质量分布的缺失(shi)环节。

中等(deng)质量黑洞在(zai)哪里(li)？

中等(deng)质量黑洞的起源，说法纷纭。

它可能来自很多恒星级黑洞的并合，通过小“种子黑洞”的“聚沙成塔”实现质量的增加；也可能来自宇宙早期第一代恒星的坍缩，或者(zhe)大质量气(qi)体云跳过恒星阶段的直接坍缩。

因(yin)为没有确切存在(zai)的证据，中等(deng)质量黑洞常被称为“缺失(shi)的一环”。天文学(xue)家曾经通过测量球(qiu)状星团各个(ge)半径处的视向速度弥散曲线，结合数值模拟来判断(duan)中等(deng)质量黑洞的存在(zai)。但这(zhe)种方法，无法排除(chu)星团中心是一群恒星级黑洞和中子星的可能。

2025年(nian)，我国天文学(xue)家通过轨道回溯，发现一颗超高速星是从星团M15中被甩出去的，这(zhe)只能来自中等(deng)质量黑洞撕(si)开密近双(shuang)星的引力(li)弹弓效应，这(zhe)打通了中等(deng)质量黑洞存在(zai)证据链的最后一环。此外，2018年(nian)，天文学(xue)家利用黑洞潮汐瓦(wa)解恒星的方法，在(zai)一个(ge)球(qiu)状星团中证认了一例中等(deng)质量黑洞，这(zhe)也是目前搜寻沉寂黑洞的新兴方法。

引力(li)波也在(zai)发现中等(deng)质量黑洞方面作出了重(zhong)要贡献。2019年(nian)，激光干涉引力(li)波天文台和室女座引力(li)波天文台发现了一例85倍和66倍太阳质量黑洞的并合事(shi)件，并合后的黑洞质量是142倍中等(deng)质量黑洞，是目前发现的最小中等(deng)质量黑洞。

如何从“种子黑洞”长成超大质量黑洞？

当宇宙还很年(nian)轻时，超大质量黑洞就已经存在(zai)了。

超大质量黑洞可能以中等(deng)质量黑洞为“种子黑洞”，通过不断(duan)并合或吸积周围的气(qi)体，实现质量的多量级提升。对于(yu)那些非常活跃的、正在(zai)疯狂“暴(bao)饮暴(bao)食”的超大质量黑洞，人们常称其(qi)为活动星系核或类星体。

超大质量黑洞的形成需要黑洞经过数亿年(nian)到数十亿年(nian)的持续吸积。但近些年(nian)来，人们不断(duan)地在(zai)宇宙早期发现新的黑洞。2015年(nian)，我国天文学(xue)家发现了中心黑洞质量约为120亿倍太阳质量的超亮类星体，是当时人类发现的遥远宇宙中发光最亮、中心黑洞质量最大的类星体，红移为6.3，相当于(yu)宇宙大爆炸后8亿年(nian)左右。2024年(nian)，韦布望远镜确认星系GN—z11中存在(zai)活跃的超大质量黑洞，其(qi)红移为10.6，相当于(yu)宇宙诞生后4.3亿年(nian)。在(zai)如此短的时间内，超大黑洞是如何快速“吃胖”的？这(zhe)是目前天文学(xue)的重(zhong)大未解之谜。

超大质量双(shuang)黑洞，也是有趣的天文现象(xiang)。在(zai)宇宙的演化过程中，存在(zai)大量的星系并合事(shi)件，大家可以想象(xiang)，很多并合后的星系中会存在(zai)两(liang)颗超大质量黑洞，它们在(zai)非常近的距离上(shang)互相绕转。它们在(zai)旋进并合过程中会辐射纳—微赫(he)兹引力(li)波，而发现纳赫(he)兹引力(li)波是国际物理学(xue)和天文学(xue)领域竞赛的焦点之一。2023年(nian)，我国天文学(xue)家利用天眼望远镜发现了具有纳赫(he)兹引力(li)波特征的信号，表明我国纳赫(he)兹引力(li)波研究(jiu)与国际同步，达(da)到领先水平。（刘继峰(feng)??王??松）

（编辑(zhe)单位：中国科学(xue)院国家天文台）

《人民日(ri)报》（2025年(nian)04月12日(ri) 第 06 版）

责编：卢思(si)宇、刘强