质量遍布空隙难点：麒麟座的新发现可否揭开小质量黑洞之谜

▲ 探索与发现的很有可能超级黑洞与麒麟座中的一颗超级巨星产生了双星系统。麒麟座又被称为独角兽企业座，其名字“Monoceros”在希腊文中是“独角兽企业”的含意。这张勾勒该十二星座的插画图片来自于1824年出版发行的《乌拉尼亚之镜》

中国北京时间 2 月 1 日信息，小品质超级黑洞无处可寻，科学家乃至猜疑他们压根就不会有。近日，包含麒麟座（Monoceros，又被称为独角兽企业座）超级黑洞以内的一系列发觉，为解除这一长达十年之久的疑团产生了期待。

大概十年前，美国亚利桑那大学的星体科学家费娅尔 · 厄泽尔以及朋友注意到一个怪异的状况。虽然科学家在太阳系中发觉了各式各样的很有可能超级黑洞，但好像没有一个超级黑洞的经营规模小于一定尺寸。“好像找不着品质小于 5 倍太阳质量的超级黑洞，”厄泽尔说，“从统计学上讲，它是十分明显的。”

2010 年，费娅尔 · 厄泽尔发布了一篇有关这个问题的毕业论文，但直到如今，即便激光器干预引力波天文台认证（LIGO）和室女座引力波探测仪（Virgo）早已鉴别出数十个掩藏的超级黑洞，这一 “品质遍布空隙”难点也一直沒有获得表述。

伴随着時间的以往，厄泽尔等星体科学家逐渐思索：中小型超级黑洞到底是难以发觉，還是压根就不会有？美国西北大学的星体科学家、LIGO 精英团队的关键组员维姬 · 卡罗尔吉拉说：“关键的是要根据观察来明确这一品质遍布空隙到底是真正的，還是观察时的人为失误造成的。”

最近的一项研究发现，观察中的人为失误很有可能才算是造成品质遍布空隙的缘故。过去的2年里，科学研究工作人员发觉了好多个很有可能处在品质空隙的超级黑洞。而在 2021 年 1 月的稍早，科学家公布了在其中可能是最可以表明难题的直接证据：一个具备 2.9 倍太阳质量，被呢称为 “独角兽企业”（the unicorn）的星体。

在 LIGO 以前，科学家发觉超级黑洞的关键方法是找寻超级黑洞吸进周边行星化学物质时造成的 X 放射线，或者检测超级黑洞对双星系统中另一颗行星的吸引力效用。检测 “独角兽企业”超级黑洞的科学研究工作人员选用了后一种方式，致力于检测一个间距地球上约 1000 亿光年、名叫 “麒麟座 V723”（V723 Monoceros）的系统软件。她们运用几台太空望远镜，包含现阶段已经绘图太阳系中数十亿颗行星部位的华斯通讯卫星，及其美国国家航空航天局的系外行星寻找凌日系外行星勘察通讯卫星（TESS），对在其中一颗红巨星的健身运动开展了科学研究。

科学研究工作人员得到的结果是，这颗红巨星好像已经与一颗看不到的伴星 “同舞”。她们写到：“对黑喑伴星非常简单的表述是，这是一个单一的高密度星体，最有可能是一个处在‘品质遍布空隙’的超级黑洞。”

假如这一发觉获得确认，将有利于表明大品质行星在性命完毕时需展现的细微差别。当一颗超级巨星耗光然料时，其品质会向内流动性，关键也会坍缩。假如进到关键的化学物质发生爆炸并摆脱恒星引力得话，它便会暴发成cf超新星；但假如品质很大，行星便会再次坍缩，产生超级黑洞。

“它是发生爆炸产生和黑洞形成中间的比赛，”最近此项科学研究的共同编撰的者、英国俄亥俄州立高校的基础理论星体科学家托德 · 伦纳德说，“这次比赛务必在大概一秒内分离出来输赢。假如它在哪一秒内沒有发生爆炸，便会产生超级黑洞。假如爆炸了，则会留有一颗中子星。”

到底是啥决策了一颗行星是暴发成cf超新星還是坍缩成超级黑洞，现阶段尚不清楚。“超新星爆发的具体物理学全过程是一个极大的未知量，”伦纳德说，超级黑洞的品质遍布空隙 “可能是这一全过程的关键案件线索。”

到迄今为止，科学研究工作人员早已在品质遍布空隙中得到了一些基本发觉。法国哥廷根大学的本杰明 · 盖泽尔以及朋友在 2018 年发觉了一个很有可能的 4.4 倍太阳质量超级黑洞，而在 2019 年，托德 · 伦纳德同事发觉了一个 3.3 倍太阳质量的超级黑洞。

2020 年，LIGO 的生物学家公布检测到一个品质是太阳光 2.6 倍的星体，这是一个十分吸引人的很有可能超级黑洞，其品质恰好处在品质遍布空隙中。“品质空隙超级黑洞的最很有可能事例来源于 LIGO，”伦纳德说。

殊不知，在这般 “低”的品质下，科学家难以区别超级黑洞和中子星的差别，由于后面一种理论上能够 累积 3 个太阳质量的最高值。依据不一样的标准，中子星也很有可能会发暗。“假如中子星是一颗光线偏向你的脉冲星，它的一些特点会主要表现得比较突出，”英国得克萨斯州理工学院的超级黑洞和中子星权威专家汤母 · 马卡罗内说，“但要不是偏向你，就难以把它与超级黑洞相区别。”

但是，LIGO 近期发觉的这种超级黑洞仍未获得确认，麒麟座 V723 也是这般。“它看上去很有期待，”费娅尔 · 厄泽尔说，“我觉得她们的方式是有效的，剖析也很细心。对于它很有可能是啥，也有别的一些概率，但她们得到的结果——它最有可能是一个 2.9 倍太阳质量的灰黑色星体——我认为好像很有效。”

并不是任何人都这般毫无疑问。最先，这一系统软件很有可能并不是一个双星系统，只是一个三星系统，缺少的品质来源于2个较小的星体。马卡罗内表明，假如麒麟座 V723 确实存有一个超级黑洞，那它应当会把化学物质从它的伴星上推走，并造成 X 放射线。“从超级黑洞的视角而言，它的 X 放射线亮度十分很弱，”马卡罗内说。

该星体自身的品质也存有可变性。尽管最精确的可能是 2.9 倍太阳质量，但科学研究创作者表明，它的品质很有可能在 2.6 倍至 3.6 倍太阳质量中间。“这一范畴太宽了，我们无法明确这是否一颗中子星，”LIGO 精英团队的维姬 · 卡罗尔吉拉说，“在观察中，大家都还没一切方式来区别它是中子星還是超级黑洞。”

假如这一发觉被证实并不是超级黑洞，尤其是假如别的备选超级黑洞也经不住核查得话，那麼，或许压根就不容易产生小于 5 倍太阳质量的超级黑洞。这一结果假如创立，将对大家了解cf超新星的物理学体制有关键的实际意义。“假如确实存有一个品质遍布空隙，就代表着存有某类十分迅速的发生爆炸体制，”马卡罗内说，“大家还不清楚是啥促进了超新星爆发，以致于对很有可能产生的事情存有很大的基础理论误差。”

但假如麒麟座 V723 的超级黑洞确实存有，那它很有可能仅仅品质遍布空隙中等候被发觉和科学研究的诸多超级黑洞之一。“这就是这篇毕业论文令人激动的地区，”厄泽尔说，“如果我们能了解大量那样的星体，而不止是一两个得话，也许就能理解是什么全过程造成了这种小品质超级黑洞。”