科學家發現距離地球最近的黑洞！

這個發現「代表只要擴大搜尋的範圍，我們就有可能發現更多小型黑洞，」俄亥俄州立大學的天文學家塔林杜．賈亞辛格（Tharindu Jayasinghe）表示，他是《皇家天文學會月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）所刊載最新研究的第一作者，這次發現「將推動科學家去尋找這些天體系統」。

賈亞辛格和他的同事把這個黑洞命名為「獨角獸」（Unicorn），部分是因為這是個獨特的黑洞，部分則是因為它的位置在麒麟座（Monoceros）內──古代天文學家以獨角獸的希臘文為這個星座命名。研究人員希望能藉由獨角獸和其他類似天體的研究，更清楚地了解恆星在生命終結時會發生什麼事，為什麼有些恆星會坍縮成黑洞，有些則是成為稱為中子星的緻密恆星外殼。

↑↑↑↑↑101科學教室：神祕黑洞

搜尋看不見的黑洞

連光也無法逃脫黑洞的重力，因此我們只能以間接的方式偵測黑洞。黑洞吸積伴星（companion star）物質時會釋放出X射線，而大多數的已知黑洞就是藉由搜尋這種X射線射線而發現。黑洞周圍有個稱為「吸積盤」（accretion disk）的緻密環圈，物質會在此處升溫，並發出X射線望遠鏡可以偵測到的輻射

但天文學家家是用另一種方​​法發現獨角獸的。賈亞辛格的團隊利用多個天文臺的數據，測量紅巨星麒麟座V723的亮度和光譜的週期性變化。數十年來，天文學家一直在用這樣的觀測方法，來尋找很難直接觀測到的系外行星

研究團隊推測有個看不見的伴星在拉扯著這顆紅巨星，讓它變成了水滴形。數據能夠讓我們得知兩個天體的質量總和，如果這顆恆星的質量比研究團隊所估計的更大，那麼這個看不見的天體可能是顆中子星，但他們認為它很可能是個小型黑洞。

雖然獨角獸正在改變紅巨星的形狀，但它卻沒有從這顆伴星吸積物質。這代表沒有吸積盤，因此也沒有X射線，這就是為什麼我們一直到現在才發現它的原因。這種「安靜的」黑洞沒有釋放出X射線，這或許解釋了為什麼至今很少發現小型黑洞。

質量比太陽大五倍的黑洞很多，但比這小的就很少了。天文學家對缺少小型黑洞的現象感到相當困惑，並將之稱為「質量間隙」（mass gap）。

填補質量間隙

在發現獨角獸之前，科學家就已經提出幾個有可能位在黑洞質量間隙內的天體。同一團隊在2019年宣布發現了一個圍繞巨星運行的暗天體──但是他們對這個天體質量的估計不太精確，他們得到的結論是這要不是個黑洞，要不就是個「質量大到出人意料的中子星」

去年，另一個團隊宣稱他們發現了距離地球約1100光年的三星系統，其中有個四倍太陽質量的黑洞圍繞兩顆恆星運行。如果這個系統中真的有黑洞存在，那麼它將是目前已知距離地球最近的黑洞，但之後有其它研究對這個發現提出了質疑。

雷射干涉重力波天文臺（Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory，簡稱LIGO）等重力波探測器也帶來了更多振奮人心的結果。2019年，天文學家觀測到由兩個天體碰撞產生的重力波源GW190814，其中一個天體只有2.6倍的太陽質量──代表它可能是顆非常重的中子星，或者是已知的最輕黑洞。此外，在2017年也觀測到兩顆中子星融合產生了約2.8倍太陽質量黑洞的重力波事件。

可惜的是，天文學家很難對藉由重力波探測到的天體進行長期的研究。它們通常位於銀河系之外，這代表天文學家只有在重力波爆發的短暫瞬間，才能研究它們。在這之後，它們就永遠消失無蹤了。

另一方面，獨角獸就在我們的星系之內，天文學家能夠在之後的數年時間裡研究這個天體。「這顆伴星是顆距離我們很近的紅巨星，這個事實讓觀測結果更加準確、可靠。」並未參與此項研究的西北大學天文學家維琪．卡洛耶拉（Vicky Kalogera）說。

時空坍縮

天文學家希望能夠藉由研究獨角獸和其他類似的天體，而更瞭解黑洞和中子星形成的物理原理。這兩種天體都是在恆星核燃料耗盡、生命結束時形成的，但它們會變成哪一種天體，取決於恆星的質量。

如果恆星的質量比太陽略大一點，那麼它會經歷超新星爆炸（supernova）。剩餘的部分會在重力作用下，被壓縮而形成中子星。這種天體非常緻密，內部的物質像是原子核一樣被緊緊地擠在一起。

如果天體比太陽重得多，那麼它會在重力作用下進一步坍縮而形成黑洞。雖然恆星可能已經存在了1000萬年之久，但最終的結局往往僅在一瞬之間。

「恆星的命運在1到5秒之內就已經決定：是超新星爆炸，產生中子星，還是坍縮形成黑洞，」獨角獸黑洞論文的共同作者、俄亥俄州立大學的天文學家托德．湯普森（Todd Thompson）說：「可能還有種介於之間的狀況，發生了一點爆炸，但仍有物質往回掉落而形成黑洞。所有的一切都在很短的時間內發生。」

研究人員面臨的一個難題，是無法直接研究相關的物理特性。「我們仍未完全理解物質在原子核密度下的情況，」卡洛耶拉說：「這是天文學遇到的挑戰：我們無法在實驗室裡模擬這樣的密度。」

像獨角獸這樣的小型黑洞，或許能幫助科學家解開這個宇宙難題。

歐洲太空總署（European Space Agency）的蓋亞（Gaia）探測器公布更多數據後，情況或許會更加明朗。這項計畫的目的是精確測繪天空的恆星位置，也許會發現更多小型黑洞拉扯伴星的現象。

天文學家也很期待史隆數位巡天計畫（Sloan Digital Sky Survey）下次發布數據，這項計畫利用位於新墨西哥州的望遠鏡精確觀測數百萬個天體，因此有可能會發現天體被看不見的伴星拉扯所產生的運動。目前智利正在建造的薇拉．魯賓天文台（Vera C. Rubin Observatory）也可能會發現小型黑洞。

有了更多數據之後，天文學家想知道，缺少小型黑洞的現象是否能為恆星物理學帶來新的研究方向──又或者小型黑洞其實遍布整個星系，只是因為我們才剛找到搜尋方法，因此現在還沒發現它們。

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