人类首次拍到(dao)的黑洞照片。
恒星级黑洞示意图。
中等质量黑洞与超高速星示意图。
超大质量双黑洞示意图。
以上图片均为中国科学院国家天文台提供
黑洞，又一(yi)次成为热议(yi)话题。2024年度“中国科学十大进展”发布，“发现超大质量黑洞影响宿主星系形成演化的重要证据”入选(xuan)。
“高冷”的黑洞，总不缺乏热切(qie)的关注目光。黑洞的背后(hou)有(you)什么？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”吗？对黑洞的好(hao)奇和认知(zhi)，牵引着人类对宇宙(zhou)“进化”的无限好(hao)奇。当大家凝视黑洞，看到(dao)的不仅是宇宙(zhou)奇观，更是人类求(qiu)索的勇气与不断刷新的科技标尺。
——编 者
人类为什么要研究黑洞？
宇宙(zhou)中，有(you)一(yi)类天体是通过“吃”来长(chang)大的。它就是黑洞。
长(chang)久以来，黑洞一(yi)直是科学领域(yu)的热点之一(yi)。霍金曾多次就黑洞研究与人打赌，全输了，成为科学史上的趣谈。2019年，事(shi)件视界望(wang)远镜(jing)发布首次给星系M87中心黑洞拍的照片，外形酷似甜甜圈的黑洞引发公众热议(yi)；2016年、2020年，黑洞研究两获诺贝尔物理(li)学奖。
黑洞是如何“诞(dan)生”的？又是如何“长(chang)大”的？它如何与周围的宇宙(zhou)环(huan)境相互作用？
这一(yi)系列问题，大家统称(cheng)为黑洞的形成和演化——这是天文学的重大课题。按照体重，天文学家把黑洞分(fen)成三(san)种(zhong)类型：几倍到(dao)几十倍太阳质量的恒星级黑洞、星系中心几百万倍太阳质量以上的超大质量黑洞，以及介于(yu)二者之间的中等质量黑洞。接(jie)下(xia)来，让大家一(yi)起走进黑洞“成长(chang)记”。
从“恒星葬礼”，到(dao)宇宙(zhou)“巨无霸”，黑洞几乎与宇宙(zhou)中所有(you)的剧烈爆(bao)发事(shi)件相关，却又因其神秘性让人难以理(li)解(jie)。从爱(ai)因斯(si)坦的纸笔推演开始，黑洞研究就像一(yi)场跨越百年的宇宙(zhou)解(jie)谜游(you)戏。
在解(jie)谜的过程中，技术的发展是人类最大的助力。引力波探测器(qi)让大家“听声辨位”，捕捉黑洞并合的“时空涟漪”；事(shi)件视界望(wang)远镜(jing)则像一(yi)台“宇宙(zhou)相机”，成功拍下(xia)了黑洞的“剪影”。
人类为什么要研究黑洞？黑洞研究与大家的生活密(mi)切(qie)相关：WiFi技术的诞(dan)生，最初是为了传输黑洞数据；引力波探测中的激光干涉(she)技术，如今应用于(yu)地震预(yu)警、精密(mi)制造和医学成像……
黑洞不仅是宇宙(zhou)的谜题，更是人类探索未知(zhi)的象征。尽管前路漫漫，但(dan)幸运的是，大家已经(jing)“看见”“听见”了黑洞，在揭开宇宙(zhou)隐藏奥(ao)秘的路上，不断前行。
银河系内究竟有(you)多少恒星级黑洞？
想象一(yi)下(xia)：一(yi)颗比太阳重20多倍的恒星，在生命末(mo)期像一(yi)颗膨(peng)胀到(dao)极限的气球，“砰(peng)”的一(yi)声炸掉“外衣”，如烟花(hua)一(yi)样照亮宇宙(zhou)，这就是超新星爆(bao)炸。而(er)恒星的核心——如果高于(yu)3倍太阳质量，便会在引力作用下(xia)，迅速坍缩成一(yi)个连光都无法逃脱的“囚笼”，恒星级黑洞由(you)此(ci)诞(dan)生。
第一(yi)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(li)论，银河系中有(you)数千万例黑洞，并且质量越小，数目越多。但(dan)目前为止，银河系内仅确认了不到(dao)50例黑洞，其中3—5倍太阳质量的小质量黑洞是缺失的（称(cheng)为“黑洞质量间隙”）。这意味着，目前的黑洞样本(ben)可能有(you)很大偏差，大家需要搜(sou)寻黑洞并建立大样本(ben)，研究它的质量分(fen)布。
黑洞非(fei)常小，自身不发光，如何找(zhao)到(dao)它们？
天文学家发展出了很多方法，包括X射线方法（探测黑洞吸积伴(ban)星物质发出的X射线）、引力波方法（探测两颗黑洞互相绕转发出的引力波）、视向速度方法（探测伴(ban)星绕黑洞转动造成的多普勒运动）、天体测量方法（探测伴(ban)星绕黑洞转动造成在天球位置上的周期性变化）、引力透镜(jing)法（探测黑洞经(jing)过背景恒星前面造成恒星光度的变化）等。
这些年，黑洞的搜(sou)寻与测量方面有(you)了不少进展。2024年，盖亚望(wang)远镜(jing)发现了目前为止银河系最大的恒星级黑洞GaiaBH3（33倍太阳质量）；我国天文学家利用郭守敬望(wang)远镜(jing)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，填补了黑洞质量分(fen)布的缺失环(huan)节。
中等质量黑洞在哪里？
中等质量黑洞的起源，说法纷纭。
它可能来自很多恒星级黑洞的并合，通过小“种(zhong)子黑洞”的“聚沙成塔”实现质量的增加；也可能来自宇宙(zhou)早(zao)期第一(yi)代恒星的坍缩，或(huo)者大质量气体云跳过恒星阶段的直接(jie)坍缩。
因为没有(you)确切(qie)存在的证据，中等质量黑洞常被称(cheng)为“缺失的一(yi)环(huan)”。天文学家曾经(jing)通过测量球状星团各个半径处的视向速度弥散曲线，结合数值模拟来判断中等质量黑洞的存在。但(dan)这种(zhong)方法，无法排除星团中心是一(yi)群恒星级黑洞和中子星的可能。
2025年，我国天文学家通过轨道回溯，发现一(yi)颗超高速星是从星团M15中被甩出去的，这只能来自中等质量黑洞撕开密(mi)近双星的引力弹弓效应，这打通了中等质量黑洞存在证据链的最后(hou)一(yi)环(huan)。此(ci)外，2018年，天文学家利用黑洞潮汐瓦解(jie)恒星的方法，在一(yi)个球状星团中证认了一(yi)例中等质量黑洞，这也是目前搜(sou)寻沉寂黑洞的新兴方法。
引力波也在发现中等质量黑洞方面作出了重要贡献。2019年，激光干涉(she)引力波天文台和室女(nu)座引力波天文台发现了一(yi)例85倍和66倍太阳质量黑洞的并合事(shi)件，并合后(hou)的黑洞质量是142倍中等质量黑洞，是目前发现的最小中等质量黑洞。
如何从“种(zhong)子黑洞”长(chang)成超大质量黑洞？
当宇宙(zhou)还(hai)很年轻时，超大质量黑洞就已经(jing)存在了。
超大质量黑洞可能以中等质量黑洞为“种(zhong)子黑洞”，通过不断并合或(huo)吸积周围的气体，实现质量的多量级提升。对于(yu)那些非(fei)常活跃的、正在疯狂(kuang)“暴饮暴食”的超大质量黑洞，人们常称(cheng)其为活动星系核或(huo)类星体。
超大质量黑洞的形成需要黑洞经(jing)过数亿年到(dao)数十亿年的持续吸积。但(dan)近些年来，人们不断地在宇宙(zhou)早(zao)期发现新的黑洞。2015年，我国天文学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(yao)远宇宙(zhou)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(zhou)大爆(bao)炸后(hou)8亿年左右。2024年，韦布望(wang)远镜(jing)确认星系GN—z11中存在活跃的超大质量黑洞，其红移为10.6，相当于(yu)宇宙(zhou)诞(dan)生后(hou)4.3亿年。在如此(ci)短的时间内，超大黑洞是如何快速“吃胖”的？这是目前天文学的重大未解(jie)之谜。
超大质量双黑洞，也是有(you)趣的天文现象。在宇宙(zhou)的演化过程中，存在大量的星系并合事(shi)件，大家可以想象，很多并合后(hou)的星系中会存在两颗超大质量黑洞，它们在非(fei)常近的距离上互相绕转。它们在旋进并合过程中会辐射纳—微赫兹引力波，而(er)发现纳赫兹引力波是国际物理(li)学和天文学领域(yu)竞(jing)赛的焦点之一(yi)。2023年，我国天文学家利用天眼望(wang)远镜(jing)发现了具有(you)纳赫兹引力波特征的信号，表明我国纳赫兹引力波研究与国际同步，达到(dao)领先水平。（刘继峰??王??松）
（编辑单位：中国科学院国家天文台）
《人民(min)日报》（2025年04月12日 第 06 版）
责(ze)编：卢思宇、刘强