雖然我們直到2019年才首次通過“事件視界望遠鏡”一睹黑洞的真容，但關于黑洞的謎團可一直都不少……

宇宙中曾經(jīng)發(fā)生了這樣一起神秘事件：大約8億光年外，一個黑洞吞噬了一個不明天體，釋放出的能量激起了時空的漣漪。這種被稱為“引力波”的漣漪，在宇宙中穿行，最終于2019年8月14日抵達了地球。地球上三個靈敏度極高的探測器測量了這波微小擾動。當天文學家破解引力波中蘊含的信息時，卻遇到了一個新的謎團。

IMAGE BY N. FISCHER, S. OSSOKINE, H. PFEIFFER, A. BUONANNO (MAX PLANCK INSTITUTE FOR GRAVITATIONAL PHYSICS), SIMULATING EXTREME SPACETIMES (SXS) COLLABORATION

這場宇宙碰撞編號為GW190814，在LIGO和Virgo兩大機構探測到的幾十次宇宙并合事件中十分特別。數(shù)百萬年甚至數(shù)十億年來，這兩個天體都在相互繞轉，距離越來越近，直到碰撞在一起。天文學家推算出其中一個天體是質量相當于23個太陽的黑洞。而另一個被黑洞整個吞下的天體，質量約為太陽的2.6倍，是一個還無法定義的神秘天體。

這個神秘的物體正好處在臨界點上，既像是像恒星一樣擁有表面的天體，又像是時空無底洞（即黑洞）。它的質量處于已知最重的中子星（恒星發(fā)生超新星爆發(fā)后的殘留物）和最輕的黑洞（恒星殘骸足夠致密而形成的密度無限大的點）之間。

ILLUSTRATION BY DANA BERRY, NASA

科學家們一直在研究中子星和黑洞之間的界限，因為這個界限可以揭示物質在宇宙最極端條件下的行為。并且，由于這些奇特的天體是恒星演化的終點，在某個時刻，當所有的恒星都燃燒殆盡時，可能只剩它們漂浮在空蕩宇宙中。這一切都使得鑒定GW190814事件中奇特天體的性質，變得更加吸引人了。

美國西北大學的Vicky Kalogera說：“如果它是一顆中子星，那它的質量可真是讓人興奮；如果它是一個黑洞，那這個黑洞的質量也同樣讓人興奮。無論如何，當我們看到它的那一刻，我們就興奮起來了！”

引力波以光速傳播，所經(jīng)之處的一切物質都會受到它的影響。但是，它們時空彎曲的程度太小，很難被探測到。LIGO設在美國華盛頓和路易斯安那州的探測器，以及設在意大利的Virgo探測器會發(fā)射出來回反彈的激光束，來測量光來回傳播所需的時間。正常傳播時間發(fā)生的任何微小變化，都可能是時空收縮或擴張的結果。

ILLUSTRATION BY NSF/LIGO/SONOMA STATE UNIVERSITY/A. SIMONNET

2015年，這項探測取得首次成功，最終榮獲諾貝爾物理學獎。此后，大多數(shù)探測都指向成對的黑洞碰撞事件。天文學家也探測到了中子星碰撞產(chǎn)生的時空漣漪。不過，GW190814事件與那些早期的碰撞并合事件不同，科學家們還在努力確定這起事件中所涉及到的兩個天體的真正性質。

ILLUSTRATION BY SXS COLLABORATION

這次事件中，較重的天體顯然是黑洞，但較輕的天體是為數(shù)不多的位于中子星和黑洞之間質量間隙的已知天體之一。在這個間隙的某個位置，物質變得不穩(wěn)定，并坍縮成一個黑洞，中子星正好就在這個極限值的邊緣。

美國宇航局戈達德太空飛行中心的Zaven Arzoumanian說：“大自然給穩(wěn)定物質的密度施加了限制。但我們不知道那個極限是什么，也不知道超過極限之后會發(fā)生什么。”

美國亞利桑那大學研究中子星的Feryal ?zel稱，觀測結果表明，中子星質量的上限約為太陽的2.1倍，且大多數(shù)接近1.4倍。雖然有觀測指出，存在質量更重的中子星（約為太陽質量的2.5倍），但其數(shù)據(jù)還不夠可靠。而描述中子星內部物理特性的理論，也很難界定當中子星質量膨脹得更大時，是什么阻止它坍縮。

從這個質量間隙的另一邊來說，目前觀測到的最輕的黑洞質量大約為太陽質量的5倍。直至最近，天文學家?guī)缀鯖]有發(fā)現(xiàn)任何介于2.1倍太陽質量與5倍太陽質量之間的天體。LIGO探測到的另一個天體，質量約為太陽的2.7倍，是兩顆中子星相撞的產(chǎn)物。

ILLUSTRATION BY C. HENZE, NASA

目前，尚不清楚這次并合事件中的黑洞是吞噬了另一個黑洞，還是吞噬了中子星。

?zel說：“如果最終證實那是一顆中子星，如果中子星的質量能達到太陽質量的2.6倍，那就真的成為了改變研究范式的先例?！?/p>

她和Kalogera懷疑這個天體是一個輕質量的黑洞。?zel說：“我們還無法用物理上的原因來解釋為什么黑洞不能達到太陽質量的2.6倍?！钡麄儍晌欢贾赋觯氪_切查明會很困難。這個系統(tǒng)對于其他天文臺來說太過遙遠，無法進行研究。

ILLUSTRATION BY ROBIN DIENEL; COURTESY THE CARNEGIE INSTITUTION FOR SCIENCE

此外，兩個天體的質量差異還掩蓋著一個潛在線索：如果黑洞的質量再小一些，就有可能看到它把接近它的中子星扭曲并撕碎，而不是將它整個吞下。這種雜亂的并合過程，會在引力波中留下可識別的痕跡。

?zel說：“我想我們沒有任何機會知道那個天體是什么。表明它是中子星的跡象并不存在，但這點也并不意味著什么。”

即使不知道那顆天體究竟是什么，GW190814事件中涉及的兩個天體也特別引人注目，因為它們“很不相配”。LIGO和Virgo觀測到的大多數(shù)碰撞事件里，成對的天體質量上都相對接近，但在GW190814事件中的黑洞質量約為太陽質量的23倍，幾乎是另一天體的9倍。

ILLUSTRATION BY NICOLE R. FULLER, NATIONAL SCIENCE FOUNDATION

這個系統(tǒng)的不對稱性，使得科學家很難解釋它的起源和環(huán)境。例如，在古老的球狀星團（圍繞星系運行的緊密恒星團簇）中，一對致密的天體，其質量預計會更加接近。在星系內部，獨立演化的系統(tǒng)可能會產(chǎn)生不平衡的成對天體，但這些系統(tǒng)的碰撞頻率預計不會那么頻繁，不足以產(chǎn)生這樣的觀測結果。

該團隊正在考慮更奇特的形成場景，比如多個并合系統(tǒng)、松散結合的星團以及天體深陷在圍繞超大質量黑洞旋轉的物質盤中等等。

但是，正如宇宙中存在著無限的可能一樣，它也蘊含著許多未知。

Arzoumanian說：“中子星的魅力在于，它們代表著物質在引力坍縮中的最后一站。在中子星發(fā)生內爆并坍縮到自身的事件視界之內、永遠無法被再次看到之前，物質所能達到的最高穩(wěn)定密度究竟是多少呢？”

盡管還有許多宇宙奧秘無法解答，但可以肯定的是，我們對宇宙的探知不會停止。不如來大開一下腦洞，假設我們掉進了黑洞會看到什么？又會發(fā)生什么？