引力波再立功，理论中的黑洞被发现，科学家的疑惑解开了

1915年，伟大的爱因斯坦发表了广义相对论，震惊了世界。几年后，德国天体物理学家卡尔·史瓦西根据广义相对论，推测出了宇宙中一种神秘的天体——黑洞。

时至今日，我们已经证实了黑洞的存在，并且还发现了多种不同的黑洞，比如恒星级黑洞、超大质量黑洞。其中，恒星级黑洞的质量一般不超过太阳的100倍，而超大质量黑洞则普遍在100万倍太阳质量以上。奇怪的是，科学家们多年以来一直没有找到介于二者之间的哪一种——中等质量黑洞。

我们认为这种黑洞就应该是存在的，但是长期以来，尽管一颗颗恒星级黑洞和超大质量黑洞不断被发现，中等质量黑洞却总是不肯露面，这一直困惑着科学家们。

最近，科学家们终于找到了迄今为止最有力的中等质量黑洞证据之一，在一次极为短暂的引力波中，科学家们发现了这个神秘的天体。

LIGO和Virgo干涉仪是当今世界测量引力波最强大的设备之一，正是它们，在历史上首次证实了爱因斯坦所预言的引力波。2019年5月21日，它们再一次探测到了引力波，科学家们当时就发现，这一次的引力波不同寻常。它的不同之处，就在于持续的时间非常短。不过，不寻常的信号，意味着不寻常的事件，他们在仔细研究之后，果然获得了振奋人心的结果。

德国马克斯·普朗克引力物理研究所和马里兰大学的理论物理学家Alessandra Buonanno介绍说：“从一开始，确定这个仅仅持续1/10秒的信号来源就给我们提出了巨大的挑战。不过，虽然持续时间短，但我们还是成功将它与黑洞的合并对应在了一起，正如爱因斯坦的广义相对论所预言的那样。我们发现自己在历史上首次发现了中等质量黑洞从母体中诞生，而它极有可能是此前两个黑洞合并而成的。”

根据他们的观测，这次引力波来自于大约70亿光年之外。在这里，有两个质量分别是太阳66倍和85倍的黑洞发生了一次人类迄今为止观测到最强大的双黑洞合并事件。最终，两个黑洞完全合并在了一起，结合成为一个质量为太阳142倍的新黑洞。而这个新黑洞的质量，恰好就符合一颗中等质量黑洞的标准。

（图片说明：科学家模拟双黑洞合并产生引力波的过程）

正是这次引力波的发现，改变了现状。这一次被称为GW 190521的引力波事件，可以说是人类历史上第一次结论性的直接观测到的中等质量黑洞。在此之前，虽然也有一些关于发现中等质量黑洞的新闻传出，但全部都是根据一些天体的运动模式而间接推测的，因此始终没有完全得到学术界的认可。

不仅仅是这颗中等质量黑洞令科学家兴奋，形成它的两个黑洞同样与众不同。根据以往的模型，质量超过太阳65倍的黑洞就已经非常特殊，它不太可能是由恒星死亡后形成的。因为如果一颗恒星能够形成这么大的黑洞，势必此前的质量极为惊人。这样的恒星不是不存在，而是会以不稳定对超新星的方式爆发，不留下任何痕迹，更不可能留下一个黑洞。

因此，这就是理论上恒星级黑洞的质量临界值，其中下限值就是黑洞和中子星的临界值，上限就是最小的不稳定对超新星核心质量，也就是大约65倍太阳质量。而如今，科学家却发现了一颗质量达到太阳85倍的黑洞，而且引力波不太可能出错，那么它又是如何形成的呢？

或许是理论有问题，但是科学家不倾向于这个假设。如果不是理论出了错误，那么可能性只有一个：这颗85倍太阳质量的黑洞，原本也没有这么大，而是逐渐成长到今天这样的质量的。这里又分为两种情况，要么是一颗黑洞不断吞噬周围的恒星等物质而成长到这么大，要么就是它也来自于两个黑洞的合并结果。

谁知道呢，毕竟人类利用引力波探测宇宙事件的技术也刚刚发展没多久，也可能是探测的数据并不准确。不过，这就需要未来更先进的技术来证明了。目前来看，这颗黑洞是由两个黑洞合并形成的可能性还是比较高的。

当然，最令人着迷的，自然还是中等质量黑洞的发现，它填补了超大质量黑洞和恒星级黑洞之间的空白，也有助于我们理解超大质量黑洞的形成。按照现有的理论和发现，没有任何天体能直接形成这么巨大的黑洞，我们只能认为它是由小黑洞成长起来的。而此前又从没有人发现过中等质量黑洞，我们也很难说服自己相信一个黑洞能从100倍太阳质量直接增长到100万倍。而中等质量黑洞的发现，意味着这个成长过程可能确实是存在的。

西北大学的引力波天文学家Christopher Berry兴奋地说：“天体物理学上有一个巨大的谜题，那就是超大质量黑洞到底是如何形成的。它们就像是房间里一些质量达到太阳几百万倍的大象。它们是恒星坍缩后形成的黑洞成长而来的，还是通过一种人类未知的方式出现的呢？多年以来，我们一直致力于寻找中等质量黑洞，搭建一条联系恒星级黑洞和超大质量黑洞之间的桥梁，填补二者之间的空隙。如今，我们终于找到了有力的证据，证明它们确实存在。”

同时，西北大学的天文学家Chase Kimball也告诉我们：“说实在的，我们还处于引力波天文学的黎明时期，没有哪个时代比今天更适合做一名天体物理学家。”

他说的没错，人类对于黑洞的了解，仍然非常有限。这一次发现了中等质量黑洞，绝不仅仅是一个问题的终结，它还带来了更多新的问题。当我们懂的东西越多，反而发现问题也越多。科学没有极限，当人类发现更高深问题的时候，我们不需要感到失望，因为那是我们进步的证明。