恒星“幽灵”：天文学家可能发现了一个自由漂浮的“黑暗”黑洞

毕竟，黑洞具有如此强大的引力，光线无法逃脱，所以天文学家通常通过它们对其他天体的引力影响或它们吞噬的周围物质产生的辐射来探测它们。如果没有附近的天体或吸积物质，整个银河系可能有数以亿计的黑洞，但天文学家基本上看不到它们。

如果像天文学家认为的那样，大型恒星的死亡会留下黑洞，那么应该有数以亿计的黑洞散布在银河系中。问题是，孤立的黑洞是看不见的。

现在，一个由加州大学伯克利分校天文学家领导的团队首次发现了可能是一个自由漂浮的黑洞，他们观察到一颗较远的恒星因其光线被该天体的强引力场扭曲而变亮--所谓的引力微透镜。

由研究生Casey Lam和加州大学伯克利分校天文学副教授Jessica Lu领导的团队估计，这个看不见的紧凑天体的质量是太阳的1.6到4.4倍。因为天文学家认为，死亡恒星的残余物必须重于2.2个太阳质量，才能坍缩成黑洞，所以加州大学伯克利分校的研究人员提醒说，这个天体可能是一颗中子星，而不是黑洞。中子星也是密集的、高度紧凑的天体，但它们的重力被内部的中子压力所平衡，从而防止进一步坍缩成黑洞。

无论是黑洞还是中子星，这个天体都是第一个被发现的黑暗恒星残骸--恒星 “幽灵”--在银河系中游荡，没有与另一颗恒星配对。

“这是第一个用引力微透镜发现的自由漂浮的黑洞或中子星，”Lu说。“通过微透镜，我们能够探测这些孤独的、紧凑的天体。我认为我们已经为这些黑暗的天体打开了一扇新的窗口，这些天体是无法用其他方式看到的。”

确定银河系中有多少这些紧凑的天体，将有助于天文学家了解恒星的演变--特别是它们是如何死亡的--以及我们的银河系，或许还能揭示出是否有任何看不见的黑洞是原始黑洞，一些宇宙学家认为这些黑洞是在大爆炸期间大量产生的。

Lam、Lu和他们的国际团队的分析已经被接受发表在《天体物理学杂志通讯》上。该分析包括另外四个微透镜事件，该团队认为这些事件不是由黑洞引起的，尽管其中两个可能是由白矮星或中子星引起的。研究小组还得出结论，银河系中的黑洞数量可能是2亿个--与大多数理论家预测的差不多。

相同的数据，不同的结论

值得注意的是，来自巴尔的摩太空望远镜科学研究所（STScI）的一个竞争团队分析了同一个微透镜事件，并声称这个紧凑天体的质量更接近于7.1个太阳质量，无可争议地是一个黑洞。由Kailash Sahu领导的STSCI团队的一篇描述该分析的论文已被接受在《天体物理学杂志》上发表。

两个小组都使用了相同的数据：对远方恒星在被超紧凑天体扭曲或 “透镜”时亮度的光度测量，以及对远方恒星在天空中的位置由于透镜天体的引力扭曲而产生的移动的天体测量。测光数据来自两个微透镜调查：光学引力透镜实验（OGLE），它采用了华沙大学在智利的一台1.3米的望远镜，以及天体物理学中的微透镜观测（MOA）实验，它安装在大阪大学在新西兰的一台1.8米的望远镜上。天体测量数据来自NASA的哈勃太空望远镜。STScI负责管理该望远镜的科学项目，并进行其科学操作。

因为两次微光调查都捕捉到了同一个天体，所以它有两个名字：MOA-2011-BLG-191和OGLE-2011-BLG-0462，简称为OB110462。

虽然像这样的调查每年在银河系发现大约2000颗因微透镜而变亮的恒星，但天体测量数据的加入使得这两个团队能够确定这个紧凑天体的质量以及它与地球的距离。由加州大学伯克利分校领导的小组估计，它位于2280至6260光年之外，在银河系中心的方向，靠近环绕银河系中心大质量黑洞的大凸起。

STScI小组估计，它位于大约5153光年之外。

“大海捞针”

2020年，当STSCI团队初步断定哈勃观测到的五个微透镜事件--所有这些事件都持续了100多天，因此可能是黑洞--可能毕竟不是由紧凑型天体引起的之后，Lu和Lam首次对该天体产生了兴趣。

自2008年以来一直在寻找自由漂浮的黑洞的Lu认为，这些数据将帮助她更好地估计它们在银河系中的丰度，粗略估计在1000万到10亿之间。到目前为止，恒星大小的黑洞只作为双星系统的一部分被发现。双星中的黑洞可以从X射线中看到，当恒星中的物质落到黑洞上时产生，或者通过最近的引力波探测器看到，这些探测器对两个或多个黑洞的合并很敏感。但是这些事件是罕见的。

“Casey 和我看到这些数据，我们非常感兴趣。我们说，‘哇，没有黑洞。这是令人惊讶的，’尽管应该有，”Lu说。“于是，我们开始研究这些数据。如果数据中真的没有黑洞，那么这就不符合我们关于银河系中应该有多少黑洞的模型。我们对黑洞的理解必须有所改变--要么是它们的数量，要么是它们运动的速度，要么是它们的质量。”

当Lam分析这五个微透镜事件的光度和天体测量学时，她惊讶地发现其中一个OB110462具有紧凑天体的特征。透镜物体看起来很暗，因此不是一颗恒星；恒星的变亮持续了很长时间，将近300天；背景恒星位置的扭曲也是持久的。

Lam说，透镜事件的长度是主要线索。在2020年，她表明搜索黑洞微透镜的最佳方式是寻找非常长的事件。她说，只有1%的可探测到的微透镜事件可能来自黑洞，所以寻找所有的事件就像“大海捞针”。但是，Lam计算出，大约40%的持续时间超过120天的微光事件有可能是黑洞。

Lam说：“增亮事件持续多长时间，暗示了弯曲背景恒星光线的前景透镜的质量有多大。长事件更可能是由于黑洞造成的。不过，这并不是一种保证，因为增亮事件的持续时间不仅取决于前景透镜的质量如何，而且还取决于前景透镜和背景恒星相对运动的速度如何。然而，通过同时获得背景星的表面位置的测量，我们可以确认前景透镜是否真的是一个黑洞。”

据Lu说，OB110462对背景星的光的引力影响是惊人的长。这颗恒星花了大约一年时间变亮到2011年的峰值，然后又花了大约一年时间变暗回到正常状态。

更多的数据将区分出黑洞和中子星

为了确认OB110462是由一个超级紧凑的天体引起的，Lu和Lam要求从哈勃获得更多的天体测量数据，其中一些数据于去年10月到达。这些新数据显示，在事件发生10年后，由于透镜的引力场而导致的恒星位置变化仍然可以观察到。对该微透镜的进一步哈勃观测暂定于2022年秋季进行。

对新数据的分析证实，OB110462可能是一个黑洞或中子星。

Lu和Lam怀疑，两个小组的不同结论是由于天体测量和光度测量数据对前景和背景天体的相对运动有不同的测量。两个小组的天体测量分析也有不同。加州大学伯克利分校领导的团队认为，目前还无法区分该天体是黑洞还是中子星，但他们希望在未来通过更多的哈勃数据和改进的分析来解决这一差异。

“尽管我们很想说它是一个明确的黑洞，但我们必须报告所有允许的解决方案。这既包括质量较低的黑洞，甚至可能包括一颗中子星，”Lu说。

“如果你不能相信光的曲线，亮度，那么这说明了一些重要的问题。如果你不相信位置与时间的关系，那就说明了一些重要的事情，”Lam说。“所以，如果其中一个是错误的，我们必须了解原因。或者另一种可能性是，我们在两组数据中测量的东西都是正确的，但我们的模型是不正确的。测光和天体测量数据产生于同一个物理过程，这意味着亮度和位置必须相互一致。所以，那里缺少一些东西。”

两个团队还估算了超紧凑透镜天体的速度。Lu/Lam团队发现了一个相对平静的速度，不到30公里/秒。STScI团队发现了一个异常大的速度，即45公里/秒，它将此解释为所谓的黑洞从产生它的超新星中得到了额外的刺激。Lu解释说，她的团队对低速度的估计有可能支持一个新的理论，即黑洞不是超新星的结果--这是今天的主流假设--而是来自失败的超新星。