地球最近，肉眼可見的「隱身」黑洞，科學家是怎麼發現的？

黑洞的樣子

2019年人類第一次拍攝到的黑洞是這樣的：

• M87星系黑洞，湊倆組個笑臉

別看它像個蜂窩煤，這已經很好了，我們還能見點亮，而我們這次發現的，離地球最近的黑洞是這樣子的：

• 圖片沒顯現？不太清楚？太黑了？上錯圖了？是的，它就是這樣的！它隱身了！我們一會把它揪出來。

在宇宙航行，如果感受不到它的引力，很容易走著走著就走沒了。其實我們拍攝到的M87黑洞也不是黑洞的真身，黑洞本身就是看不到的，是黑洞外圍的氣體和塵埃構成的吸積盤，襯託出了黑洞，讓我們知道它在那，而真正的黑洞是中心那個黑暗的洞洞，並且吸積盤的尺寸或許也不對！這有一點是這張二維圖片難以反應出黑洞的三維形狀。

• 黑洞在白圈內

最古老的時候，學者們認為黑洞如同一個黑色的盤子遮住了它後面的星光，而這個盤子黑色的原因是光無法從中逃離，沒有光子進入到我們眼球中，就像一個天黑了不開燈，伸手不見五指。不同的是，天黑了是我們所處環境四周沒有光的反射，而黑洞的黑只是黑洞所在區域沒有光的反射，所以那個區域在我們看來一片漆黑，我們把這個區域叫做視界，即視覺的界限。因此，黑洞最早以前在人們心中是這樣的：

• 古老過渡簡潔的黑洞，這個盤子並非是二維的，從任意角度去看它，它都是一個盤子

隨著愛因斯坦廣義相對論的發表，愛丁頓在日食觀察到太陽使遠處星光的發生偏轉，證明了它，從此我們便知道引力是質量使時空發生彎曲，因此對黑洞的印象我們又要改變一下：

• 匹配上時空曲率的黑洞背景，引力透鏡效應

黑洞質量大，周圍空間極度扭曲，使光線偏轉，會形成引力透鏡效應，背景的光線會被彎曲，抻開。更大的區別在於黑洞並非遮住了背景的星空，而是通過扭曲的時空把它後面的星空背景翻轉了過來（下面會詳細說），這就如同一張麵皮下有一個小黑球硬是把麵皮頂破了，鑽了出來，它周圍的麵皮都發生了形變。

我們拍攝到的黑洞是超大質量黑洞，它是65億顆太陽的濃縮體，具有較大的吸積盤，5500萬光年，真身大概是這樣的：

• 超大質量黑洞效果圖

實際上，我們到目前為止都沒有觀察到黑洞向外釋放霍金射線（上圖那兩條射流）。我們之所以能拍攝到M87黑洞是因為吸積盤上的大量的帶電粒子，並且我們集結了地球上多國大量射電望遠鏡，而它本身只有整張照片中半個像素點大小，由此科學家歷時兩年分析才得到這個黑洞。如果你細看我們拍攝到黑洞你會發現上半部分亮度和下半部分亮度似乎不均勻。

• M87黑洞

這是因為黑洞自轉，吸積盤上的物質也圍著黑洞高速旋轉，我們與吸積盤有17度的傾斜角，因此前端與後端就有了距離差，下面較亮的區域是因為粒子快速向我們駛來，上方略暗的區域是因為粒子快速離我們而去，由於光的都卜勒效應，所以出現了這樣的情況。當吸積盤正對著我們時，「光圈」就不會發生這種情況，我們也能光看到正對著我們的中心黑洞的形狀和大小。

那麼如果一個黑洞太小以至於背景扭曲範圍太小不易觀察，它也沒有吸積盤，隱藏在漆黑的星空之中，我們又沒辦法近距離用引力探測器探測它，我們如何發現它？

最近的黑洞

最近天文學家發現了一件奇怪的事情，在據我們1000光年的位置，有兩顆恆星繞著「空氣」旋轉，它們受誰的引力支配。

• 效果圖

科學家通過分析恆星的質量大小，旋轉的速度以及軌道半徑，判斷出應該存在一種「暗物質」，它的質量是太陽的四倍，這個看不見的物質必然是黑洞。只是因為這個黑洞沒有吸積盤，質量和視界太小，我們很難觀察到。

• HR 6819是一個三星系統，科學家用效果圖標註了黑洞與恆星的軌跡，由恆星（藍軌）和黑洞（紅軌），以及遠處一顆恆星組成。

科學家推測在廣闊的銀河系中可能存在1~10億個這種小質量的恆星級黑洞。一般情況下我們看不見它，除非它在吞噬其他天體或者是在我們觀測時剛好附近天體掉落進去我們才可以顯現它。

• 黑洞吞噬地球

黑洞是由大質量恆星燃料耗盡，抵擋不了引力的作用，坍縮成一個奇點而形成的。在黑洞沒有形成之前這個系統應該是一個三星系統，由於質量越大引力也越大，核聚變反應更加劇烈，所以「死」得更快，好在剩下的兩顆軌道極其扭曲的恆星距離較遠，沒有被吞噬進去，否則我們真的就發現不了它了。

• 黑洞的演化

恆星級的黑洞質量都較小，並且越小的黑洞中時空曲率越大，這次發現的黑洞根據推算視界直徑可能只有40公裡，是人類目前發現最小的黑洞之一。

在南半球，這是一個肉眼可見的系統，有去南半球旅遊的朋友可以在5月份到9月份之間看到它。

• 1000光年的HR6819

總結

我們觀察到的黑洞越多，積累的經驗就越大，用過對方法和技術不斷改良，我們可能會一次次刷新離我們最近黑洞的記錄，它如同大海中的暗礁。「隱身」黑洞的發現是我們未來的星際航行的基石，誰也不想跑著跑著跑沒了。