迄今质量最大的黑洞【精彩18篇】

根据美国杂志《新闻周刊》6日的报道，科学家在距离地球7亿光年的霍尔姆15A星系团中发现了一个质量是太阳400亿倍的超大质量黑洞。如果得到证实，它将是该地区最大的超大质量黑洞，半径约为10亿光年。

负责这项研究的德国马克斯·普朗克地外物理研究所的克努特·施梅根说，霍尔姆15A是一个明亮的星系团，其核心已经耗尽，这是不寻常的。在最近的研究中，他们使用欧洲南方天文台的超大型望远镜(VLT)来观察霍尔姆15A的耗尽核心。

他们发现在它的核心有一个质量是太阳400亿倍的超大质量黑洞。相比之下，银河系中心的超大质量黑洞人马座A*的质量是太阳的460万倍。

研究人员说:“这是在当地宇宙中直接动态探测到的最大质量黑洞。考虑到它所在星系的性质，它比预期大4-9倍。此外，它可能是由两个核心耗尽的椭圆星系合并而成的。”霍尔姆15A中导致超大质量黑洞形成的环境“可能很罕见”，但它表明这种大小的黑洞可能存在。

英国伦敦大学学院空间和气候物理学教授安德鲁·科茨没有参与这项研究，他说:“这个黑洞的质量是太阳的400亿倍，这使它成为我们这个地区宇宙中最大的黑洞。”

皇家天文学会在2018年发表了一份研究报告，称利用美国宇航局钱德拉X射线太空望远镜的数据，他们在35亿光年外的72个星系中发现了一组“超大质量”黑洞，其中一半是太阳质量的100亿倍。

该研究论文的作者、西班牙空间科学研究所的马尔默斯库阿说:“我们发现了比预期大得多的黑洞。它们之所以如此巨大，是因为它们出生了，还是因为一些理想的条件允许它们在数十亿年后变得如此巨大，而我们仍然无法知道答案。”

资料来源:MINUTECHNOLOGY

爱因斯坦最著名的质量能量方程在物理学中几乎有无限的应用。但它最明显的后果之一是，即使很小的质量也能产生巨大的能量。在由《微小物理》提供的这段视频中，给出的例子是，如果一只猫的能量能够被完全提取，它将为挪威提供一年的电力。不幸的是，事情没那么简单。

事实上，从物质中提取能量是非常困难的。有几种方法可以做到这一点，但即使是那些对我们来说非常强大的方法，如核裂变或核聚变，也只能从质量中转化一小部分势能(核裂变的质量和能量的转化率为0.08%，核聚变的转化率为0.7%)。

除了使用反物质，这在宇宙中是非常罕见的，从质量中提取能量的最有效的方法是将质量减少到黑洞。黑洞非常小，但是它们包含了不可思议的重力。这意味着当一个物体进入黑洞的轨道时，它会在落入黑洞的过程中加速。想象一颗流星进入地球大气层，当它进入大气层时会加速并释放能量。再想象一下，一个物体以指数速度快速移动，在它落入黑洞之前，将所有的能量释放到宇宙中。

对于非旋转黑洞，这种方法可以将物体质量的6%转化为能量。但是我们可以更进一步。因为旋转的黑洞扭曲了时空结构，物体在落入黑洞之前可以更接近事件边界(黑洞周围的物质有一个返回或不返回的边界)，从而释放更多的能量——高达42%。

这些对我们地球上的人类来说没有多大意义，因为我们一直在使用诸如核裂变等低效的方法来释放物质的能量。但是也许一些外来物种已经成功地利用这种能量，用黑洞释放的能量来喂养他们的文明。

蝌蚪工作人员从大众力学，翻译狗空间的分工，转载必须授权。

美国卡内基科学研究所的科学家发现了历史上最遥远的超大质量黑洞，其质量是太阳的8亿倍。这与今天在宇宙中发现的黑洞非常不同。以前发现的黑洞质量很少超过太阳质量几十倍。

麻省理工学院的物理学教授罗伯特·辛科说:“这是一个超大质量的黑洞，但是宇宙太年轻了，不应该存在。宇宙不足以创造出如此巨大的黑洞，这很令人费解。”

美国宇航局表示，科学家们推测，一定有特殊的条件允许黑洞快速成长，但究竟是什么仍然是个谜。

据报道，它的直径只有大约300光年。在M60-UCD1的中心，天文学家观察到一个“超大质量”黑洞。美国宇航局表示，这个黑洞的质量是银河系黑洞的五倍。至于密度，美国国家航空航天局说，如果一个人抬头看地球上的恒星，在银河系中只能看到大约4000颗行星，而在M60-UCD1中有100万颗。

美国国家航空航天局表示，这一发现使他们确信，在外层空间一定还有其他具有超大质量黑洞的致密星系。此外，他们还认为这一发现有可能证明M60-UCD1等矮星系是爆炸后较大星系的残余。

网络图

众所周知，在像银河系这样的大星系中心有一个巨大的黑洞。根据英国《科学新闻》周刊网站上最近的一份报告，美国科学家最近调查了数千个小星系，并在小星系的“郊区”发现了几十个大质量黑洞的“候选者”。这项最新研究将有助于天文学家揭示大星系中超大质量黑洞是如何形成的。

迄今观察到的几乎所有大质量星系的中心都有一个超大质量黑洞。这些庞然大物(包括银河系中心的黑洞)的“重量”大约是太阳质量的10万到几十亿倍。

“一般来说，星系越大，黑洞的质量就越大，”蒙大拿州立大学的研究主任兼天文学家艾米·雷恩斯在哈佛大学最近举行的一次黑洞会议上说。但是现在，我们发现至少一些矮星系也有巨大的黑洞，这可以为早期宇宙中第一颗黑洞种子的形成提供线索。"

早在2011年，reines就意外地在矮星系Henize 2-10中发现了一个超大质量黑洞，它距离地球大约3000万光年，这让她非常惊讶。从那以后，她和她的同事研究了数千个矮星系，发现了大约100个巨大的黑洞。其中，他们用一个非常大的射电望远镜阵列在111个矮星系中发现了39个可能的黑洞，其中至少有14个“候选”可能是黑洞。

Reines说，奇怪的是，一些新发现的黑洞不在星系中心，而是“在宿主星系的郊区游荡”。计算机模拟显示，超过50%的矮星系可能有偏离中心的黑洞。他们解释说，当宿主星系合并时，这些黑洞可能偏离了中心。此外，当两个较小的黑洞在星系内合并时，它们也会偏离中心。

研究人员认为，研究小星系中的大质量黑洞可以帮助科学家理解为什么大星系中的超大质量黑洞会变得如此之大。因为矮星系很小并且没有被多次合并，它们可能保留了古代大质量黑洞的“遗迹”。

9月2日，据美国激光干涉引力波天文台官网报道，该天文台与位于意大利的室女座引力波天文台携手，探测到了一个142倍太阳质量的黑洞，这是科学家首次探测到此类中等质量黑洞。

研究人员指出，此前所观测到的黑洞大致分两类：恒星质量黑洞和超大质量黑洞，前者质量为太阳质量的数倍到数十倍不等，被认为是大质量恒星死亡后形成的；后者质量约为太阳的数十万倍到数十亿倍。中等质量黑洞介于两者之间，质量为太阳质量的100到1000倍。在收到这次信号前，科学家没有发现任何证据证明它们的存在。

这个黑洞由两个分别约85倍太阳质量和65倍太阳质量的黑洞并合而成，并合释放出的8倍太阳质量的能量以引力波形式弥漫于宇宙中，被两大探测器携手“逮个正着”。

研究人员在2019年5月21日探测到引力波信号GW190521，该信号持续时间不到0.1秒。科学家推测，GW190521最有可能是拥有特殊性质的双黑洞并合产生的信号。

迄今为止，几乎所有被“验明正身”的引力波信号均来自于双星并合，包括双黑洞并合以及双中子星并合等。

宇宙中有许多天体，黑洞是其中最神秘的。因为它们不容易被直接观察到，所以科学家对黑洞知之甚少。只知道黑洞有很强的吞噬能力，可以吞噬一切，靠近它的物体，光和电磁场也不例外。银河系中有许多黑洞。我相信每个人都知道在我们银河系的中心有一个超大质量的黑洞，它属于星系级黑洞。

事实上，黑洞的质量也有大有小，恒星黑洞的质量与恒星相同，可以达到太阳质量的3到100倍。银河系中心的大质量黑洞属于星系级黑洞，质量可达太阳的431万倍。在银河系中，稳稳地坐在老板的位置上，其他黑洞几乎无法与他相比。

实际上在恒星级别有许多黑洞，那么在星系级别和恒星级别之间有多少个黑洞呢？也就是说，中等质量的黑洞。科学家们继续探索并认为中等质量的黑洞通常比太阳质量高100万到10万倍，但是目前，这样的黑洞很少被发现，因为它们非常罕见。银河层和恒星层之间的大多数黑洞应该出现在宇宙形成之初，但是没有办法把它们转化成巨大的黑洞，因为没有太多被吸收的物质。

其他一些科学家认为，许多恒星级黑洞也有可能在合并后形成，但这样的黑洞也很少，因为许多恒星级黑洞合并在一起需要很长时间。

日本天文学家以前曾在银河系中观察到一种恒星重力现象，这也可能表明一个黑洞将一颗恒星撕成碎片并产生一种耀斑现象。很有可能在这个地方藏着一个黑洞，科学家认为黑洞的质量是地球的30，000倍，是一个中等质量的黑洞。

质量相当于 500 个太阳的黑洞被发现

美国的国家航空和航天局星期三宣称，一名英国天文学家已在 M82 星系里，发现一个质量相当于 500 个太阳的中等质量黑洞。

根据法新社的报道，黑洞是一种质量极大、体积极小的天体，在它周围区域里，引力很强，连光也无法逃逸。人们无法直接观测到黑洞，只能通过观察黑洞附近正在被“吞食”的物质来确认它的存在。

在这之前，人们已在宇宙中发现了多个黑洞，其中一部分是盘踞在星系中央、质量相当于数 10 亿个太阳的超大型黑洞，其余的是质量与太阳相当的小型黑洞。中等质量的黑洞一直是“缺失的一环”。

根据美国宇航局提供的资料， M82 星系距地球 1200 到 1500 万光年。几年前，曾有科学家根据卫星数据提出， M82 星系里可能存在一个黑洞，但由于卫星观测精度有限，这一假说一直未被证实。一光年约等于10 万亿公里。

哈勃望远镜发现两个中等质量黑洞

美国天文学家利用“哈勃”望远镜新观测到两个中等质量黑洞的迹象，这一重要发现不仅为研究黑洞家族的演变补上“缺失的一环”，也有助于深入理解星系结构的形成等天文学基本问题。

天文学家们近日在美国宇航局华盛顿总部举行的新闻发布会上介绍说，新观测到的两个黑洞之一位于飞马星座的 M15 球状星团，距地球 3．2 万光年，质量为太阳的 4000 倍。另一个黑洞位于仙女星系的 G1 星团中，质量相当于 2 万个太阳，距离地球 220 万光年。M15 和 G1 这两个星团都包含着大量紧凑排列的恒星，其中一些恒星相当古老，诞生于距今 100 多亿年前。

黑洞是一种体积极小、质量极大的天体，在它强大的引力下，连光都无法逃逸。迄今，宇宙中已知的黑洞主要有超巨黑洞和小质量黑洞两类。超巨黑洞一般存在于星系的中心，质量达到太阳的数百万甚至数十亿倍。小质量黑洞质量与太阳基本处于一个数量级，据认为主要由质量相当太阳 10 倍左右的恒星发生超新星爆炸后形成。

在已知两种黑洞之间是否还有“中间产品”？这是天文学界争论多年的一个话题。“哈勃”的新观测结果为中等质量黑洞的存在提供了确切证明，使小质量黑洞与超巨黑洞之间有了联系。此外，这一发现还为解释黑洞、特别是超巨黑洞的成因提供了新线索。

早先的一些观测显示，位于星系中心的超巨黑洞，质量一般为星系总质量的 0．5%左右。新发现的两个中等质量黑洞与所处的星团之间也有着类似比例，而星团的质量通常只有星系的万分之一。天文学家们指出，这意味着黑洞与其赖以依存的宇宙环境之间可能存在着有待进一步发现的本质规律。

目前，关于超巨黑洞的形成主要有两种理论。一种观点认为，它可能是随着星系的诞生一次性产生的。但也有天文学家推测，超巨黑洞是以质量更小的黑洞为基础形成的，后者就好比是一些“种子”，随着时间的推移进化成了巨型黑洞。中等质量黑洞的发现为黑洞形成“进化论”提供了新的支持。天文学家们说，这些中等质量黑洞很可能是最后形成超巨黑洞的“材料”。

据外国媒体SlashGear报道，科学家已经发现了83个超大质量黑洞，几乎与已知宇宙一样古老。这项研究中的黑洞是由它们的亮度决定的——下图中的红点。每一个点都是一个超级明亮的活跃能量核心，形成一个超大质量黑洞。气体聚集在中心。

负责本周报告的团队使用了三台大型望远镜。这些望远镜是斯巴鲁望远镜；智利的双子座南站望远镜和西班牙在拉帕尔马岛的大望远镜。他们使用高速扫描数据来观察黑洞活动的潜在候选者。

超级超级超级相机是日本国家天文台斯巴鲁望远镜的一部分。

这些超大质量黑洞大约有130亿年历史。目前对大爆炸的估计设定在大约133亿年前，而地球形成于大约45亿年前。这使得这些密度最大的天体在我们的宇宙第一次膨胀后仅约3亿年。

下面你会看到艺术家对超大质量黑洞的印象——类星体，它们从中心发出大量的光和能量。这张照片是由林佳树松冈提供的。

根据国外媒体报道，天文学家对超大质量黑洞变得如此巨大有了新的理解，发现黑洞可以残忍地吞噬恒星。目前，“吞噬恒星事件”已首次被发现。

2017年2月，“超新星全空间自动勘测”发现了恒星吞噬现象，并将其命名为“AT 2017bgt”。该事件被认为是吞噬恒星事件或“潮汐破坏事件”，因为黑洞周围的辐射比2004年观测到的要亮50多倍。

然而，在用多台望远镜进行广泛观察后，研究人员现在认为这是一种全新的“黑洞喂食”方法。研究报告负责人、以色列特拉维夫大学校长本尼·特拉克滕布罗特博士说:“AT 2017bgt事件突然变得明朗，这让我们想起了潜在的潮汐引力。但我们很快意识到这一次有些不寻常。”目前，研究报告发表在最近出版的《自然天文学杂志》上。

第一条线索是光的附加成分，这在这次潮汐破坏事件中从未发现过。负责数据收集的Accaoui博士强调说，我们已经用太空望远镜和陆基望远镜观察这一事件一年多了，我们所看到的与我们以前看到的完全不同。

这些观察结果与特拉维夫大学的哈盖·内策教授的理论预测一致，他说:“早在20世纪80年代，我们就预测一个吞噬周围气体的黑洞可以产生轻元素。”

Traktenblut博士总结说，我们还不确定黑洞“进食率”突然增加的具体原因。目前，有许多方法可以加速巨大黑洞的快速增长，这通常发生在更长的时间尺度上。我们希望探测到更多这样的事件，并通过几个望远镜的合作来追踪它们。

来自美国、智利、波兰和联合王国的天文学家参加了观测和分析任务。他们使用了三种不同的太空望远镜，包括安装在国际空间站上的新型NEBEL望远镜。最后，研究小组确定了最近报道的另外两个黑洞“开放事件”，它们的辐射特征与AT 2017bgt事件非常相似。

超大质量黑洞的诞生理论。

目前，科学界有两种关于超大质量黑洞诞生的理论。其中一个假设是，当一颗大质量恒星坍塌时，“黑洞种子”会从质量约为太阳10-100倍的黑洞中出现。

之后，黑洞种子通过与其他小黑洞融合并吸取周围的气体而逐渐长大。但它们必须以异常高的速度增长，才能达到数十亿年前在年轻宇宙中发现的超大质量黑洞的质量。

最近发表的另一项研究也支持这一假设。该理论表明，至少有一些质量非常大的黑洞种子，质量是太阳的10万倍，并且是在巨大的气体云坍缩时直接形成的。在这种情况下，黑洞的增长将开始跳跃并且增长非常快。

黑洞是指宇宙空间内存在的一种密度无限大，但体积无限小的天体。由于其无法直接观测，因此科学家们对很难对其进行研究。不过好在可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。近日，美国天文学家发现密集超大质量黑洞群。

据国外媒体报道，日前，天文学家利用美国太空总署的“钱德拉”X射线观测器，以及印度巨米波电波望远镜的观测数据，制作X射线图片。在该图片中天文学家发现人类宇宙观测史上最为密集的超大质量黑洞群。

若以地球的密度标准计算，该黑洞群的密度约相当于5000个地球分布于全月球表面。

据悉，发现结果上周已在德州美国天文学会会议上公布。在会议上，专家同时发表另一项星系群研究的结果，哈佛-史密森天体物理学中心研究员发现，两个距离地球约200亿光年的巨型星系群埃布尔3411和埃布尔3412，与相邻的超大质量黑洞相撞后，两个星系群的热气层互相穿透，当中粒子的能量之高为“宇宙罕见”。正因为如此，天文学家将此现象形容为“惊人的宇宙粒子加速器”。

中科院国家天文台的刘继峰专家教授领着的精英团队拥有全新发现，她们发现了一个己知宇宙空间之中品质最大的恒星级別黑洞，该黑洞比太阳质量大70倍，被取名为LB-1。

己知宇宙空间品质最大黑洞

该黑洞吞噬了成千上万的东西，这种全是无法测算的。将会它在持续吞食周边物件的情况下取得成功将许多中小型黑洞都吞食进来，最后才拥有这一巨大的躯体。大伙儿针对黑洞有很多疑惑，例如黑洞有使用寿命吗，黑洞吞噬的东西去哪里了，很感兴趣的能够 再次去科学研究和掌握。

新浪科技新闻，北京时间，3月5日据国外媒体报道，超大质量黑洞存在于所有大型星系的中心。这些黑洞是活跃的增生物质，所以它们被称为“活跃星系核(AGN)”。当物质落入黑洞时，它将形成一个圆盘状结构，释放明亮的光，甚至产生巨大的喷发和喷射。与直径几十万光年的星系相比，超大质量黑洞周围的吸积盘和尘埃结构将显得非常小，宽度只有几十光年。然而，最近的两项研究最终让我们对超大质量黑洞的成长和演化有了更深入的了解。

旋转“甜甜圈”

天文学家使用活动星系核的“统一模型”来描述黑洞周围的结构。人们相信这个结构和它的方向会影响我们观察到的东西，这就是为什么不是所有的活动星系核看起来都一样。该结构的一部分是一个由充满灰尘的物质组成的环形圈——围绕着黑洞的气体和灰尘，它根据黑洞的方向从观察角度阻挡了部分或全部结构。

目前，天文学家根据阿塔卡马大型毫米阵列望远镜(ALMA)观测到的高分辨率图像，首次发现了围绕超大质量黑洞的旋转尘埃环。他们的观察目标是螺旋星系M77的中心，它距离地球4700万光年，位于鲸鱼星座。通过ALMA望远镜，他们可以识别并发现星系中心黑洞周围的气体尘埃与氢氰酸分子(HCN)和甲酰分子(HCO+)的喷射相结合，并瞄准中心黑洞周围密集的“甜甜圈”结构。目前，最新的研究报告发表在最近出版的《天体物理学快报》上。

该研究报告的作者、日本国家天文台的伊玛尼希(Masatoshi Imanishi)说:“为了解释活动星系核的各种观测特征，天文学家们假设在活动超大质量黑洞周围存在一个像甜甜圈一样的尘埃气体旋转结构。然而，尘埃气体环结构在外观上非常小。基于ALMA望远镜的高分辨率图像，我们目前可以直接观察到该结构。”

甜甜圈结构位于一个700光年宽的丝状半环材料结构中。它的直径约为20光年，与巨大的M77星系相比，它只是一个非常小的空间区域。通过对ALMA望远镜的观察和分析，研究小组发现，甜甜圈结构中的物质出现了多普勒频移，有些物质远离地球，有些物质面向地球，这是一个明显的旋转迹象。

这一明显的迹象也带来了额外的复杂性。甜甜圈结构可以以预期的方式旋转，但它具有一定的不对称性，其中一些结构旋转并具有随机方向的特性。该小组认为，这可能是一个颠覆性的迹象，例如，银河系已经与另一个较小的星系合并。需要做更多的工作来确定星系及其活动星系核的历史。首次观测到的旋转环结构的最新研究是星系和超大质量黑洞研究中的一个重要环节。

能量生成

许多活跃的星系核沿着旋转轴喷射出物质流。科学家们对释放物质流的机制和喷射流的构成知之甚少。然而，基于这种与喷流相关的磁场测量的最新模型显示，当物质被喷入太空时，黑洞可能会失去旋转动能。

该模型是由莫斯科物理科学技术研究所基金会和宇宙相对天体应用研究实验室的天体物理学家开发的。结果表明，极强喷流的能量与黑洞本身的旋转密切相关，并为天文学家提供了可测量的特征来检验理论观点。最新的研究报告发表在2017年12月22日的《天文学和空间科学前沿》杂志上。

科学家认为黑洞可以旋转，就像恒星和行星一样。当物质从吸积盘流入黑洞时，黑洞吸收角动量并旋转得更快。这种效应可以在被类似吸积盘包围的年轻恒星上观察到。然而，新生恒星的旋转速度太慢。因为它们吸收一定的角动量，角动量可以驱动恒星的喷射，同样的过程也存在于黑洞周围。

但是为了证明这一点，天文学家需要测量黑洞失去了多少旋转能量，但是这非常困难。同样，测量吸积盘材料的“磁通量”水平可以评估旋转能量的损失，但也很难测量。目前，这个最新的模型和其他最近更先进的黑洞喷流模型提出了一个“代理”:测量喷流磁场，然后将其与驱动喷流所需的旋转动能结合起来。

喷流磁场可以测量，因为磁通量是守恒的。通过测量喷流水平，我们还可以探测到黑洞附近的磁通量。目前，这项研究使天文学家能够将磁喷流与黑洞的自旋损失联系起来，并通过实验验证我们对黑洞及其周围环形结构和喷流的理解是否正确，或者我们还需要进一步的改进。

2017年4月，事件地平线望远镜花了一周半的时间收集关于银河系超大质量黑洞和椭圆星系M87超大质量黑洞的数据。很快我们不仅可以拍下超大质量黑洞周围环状结构的第一张照片，还可以观察黑洞视界的边缘。作为一名天体物理学家，这将是一个激动人心的时刻。

物理学家组织网络最近报道称，对阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)的最新观测推翻了天文学的常识，即即使在银河系最不稳定的区域，恒星也可以诞生，而恒星可能存在于整个宇宙中。

人马座A位于距离地球26000光年的银河系中心，那里有400万个超大质量黑洞，质量相当于太阳。由于其强大的潮汐力和强烈的紫外线和X射线辐射，射手座A被认为不利于恒星的诞生和形成，特别是像太阳这样的低质量恒星。然而，发表在《天体物理学杂志快报》上的研究数据显示，在距离人马座A黑洞中心仅3光年的地方，发现了11颗年轻恒星，它们的寿命约为“600万年”。

大量星际尘埃覆盖了黑洞区域，将它隐藏在光学望远镜的“视野”之外。阿尔玛可以穿透尘埃，帮助天文学家以极高的精确度和灵敏度更清楚地了解这个动荡的地方。

研究小组发现了这些年轻恒星喷流的典型“双叶”特征。这些恒星被旋转的尘埃和气体圆盘所包围，这些圆盘将物质吸收到旋转的圆盘中，并以高速喷射的方式从恒星的北极和南极喷射出来。这种形状标志着恒星形成的早期阶段，“双波瓣”中的一氧化碳分子在毫米波长的光中非常明亮。

“这一发现证明了惊人的恒星形成发生在人马座A附近的云中，”美国国家射电天文台的阿尔·沃顿说。尽管条件并不理想，但它们给了天文学家形成恒星的其他方法。"

悟空号探测卫星是中国科学系列卫星的首发星，它不仅拥有能够洞察宇宙暗物质的眼睛，而且其观测能段范围之宽、能量分辨率之优，超过国际上其他同类探测器，性能优越，可谓神通广大，而且悟空探测卫星发现超大质量黑洞的伽马射线。

近日，暗物质粒子探测卫星“悟空”近两个月内频繁记录到来自超大质量黑洞CTA102的伽马射线爆发。这是暗物质卫星科研团队自卫星上天后首次发布观测成果。“悟空”观测到的现象表明，黑洞CTA102正经历新一轮活跃期。

紫金山天文台副研究员、暗物质卫星项目团队成员徐遵磊介绍，宇宙中广泛存在着一类称作超大质量黑洞的天体，几乎在每个大星系的中心，都存在至少一个这样的黑洞，包括我们所处的银河系也同样如此。它们的质量大到数百亿倍太阳质量，小的也有数十万倍太阳质量。特别是有些巨型黑洞在宇宙极早期就已经存在了。它们如何形成，如何随着宇宙演变，如何反作用于星系演化等问题都是未解之谜。这些黑洞是不折不扣的宇宙“妖怪”。其中有一类这样的黑洞在大量地“吞噬”着其周围物质，“吞噬”过程中物质聚集形成吸积盘并且产生强有力的喷流，使其表现得异常明亮。这一类天体称作活动星系核，它们占所有星系的比例不到10%。

CTA102便是这样一个活动星系核，其距离太阳系大约80亿光年，黑洞质量约8.5亿倍太阳质量。关于CTA102，历史上还有一个有趣的故事。1963年CTA102第一次在无线电波段被发现时，人们曾经一度认为这就是外星文明发出的信号。甚至当后来看到变化的无线电信号时，还有人认为是高级智慧文明在作祟。进一步的观测发现它其实是一个活跃的黑洞，在吸积物质的时候形成巨大的喷流，产生相对论性粒子并辐射出从无线电直至伽马射线波段的电磁波。CTA102上一次比较剧烈的活动发生在2012年。

我国于2015年底发射的暗物质粒子探测卫星“悟空”，主要目标就是通过空间观测宇宙射线和伽马射线，来探索宇宙暗物质和类似黑洞这样的宇宙“妖怪”。紫金山天文台暗物质卫星团队介绍，自今年10月以来，“悟空”频繁捕捉到来自CTA102的伽马射线辐射。特别是11月23日以后，“悟空”记录到明显增强的伽马射线爆发现象，这一爆发在2016年12月16日达到峰值。记录到的最高光子能量约620亿电子伏特，相当于静止质子等效能量的66倍。

这一观测结果也得到其他设备的印证。紫金山天文台1米近地天体巡天望远镜也观测到CTA102的此轮爆发。根据望远镜记录，在2016年6月18日至12月20日之间，CTA102亮度持续增强。

徐遵磊称：“CTA102是‘悟空’捕获的第一个‘小妖’。借助其火眼金睛，我们相信在未来它必将抓获更多的各色宇宙‘妖怪’，为我们认识宇宙万象提供有力的帮助。”

在宇宙诞生之初，黑洞的增长率令人难以置信。

北京时间8月12日，据国外媒体报道，研究人员称，在宇宙形成之初，黑洞的增长率令人难以置信。这可能有助于解释为什么超大质量黑洞出现在早期宇宙中。

黑洞因其超高密度而具有很大的引力，甚至光也无法逃离它们。人们普遍认为，黑洞的形成是由于一颗大质量恒星在其演化结束时发生了剧烈的超新星爆炸，将它的核心挤压成一颗密度极高的恒星——这就是黑洞。

大多数超大质量黑洞出现在星系中心，质量是太阳的数百万到数十亿倍。在宇宙形成的早期，大约在大爆炸后8亿年，这样一个巨大的黑洞已经出现了。然而，人们无法解释为什么这些大块头能在如此短的时间内迅速形成。

今天黑洞的增长率受到累积圆盘的限制。吸积盘由气体和尘埃组成。它围绕着黑洞旋转，并不断地被吸进黑洞。它以两种方式阻止黑洞快速膨胀。首先，当吸积盘中的物质被吸进黑洞时，它会阻止其他物质落入黑洞。第二，黑洞的温度由于阻塞过程中的连续碰撞而升高，从而形成基因比率能量来分散黑洞中的气体和尘埃。

“与真空吸尘器不同，黑洞不会主动吸入物质，”领导这项研究的以色列魏茨曼科学研究所的天体物理学家塔尔·亚历山大说。正如地球围绕太阳运行一样，恒星或气体流可以围绕黑洞形成稳定的轨道。很难想象有什么方法可以让这些气流以足够快的速度进入黑洞，从而导致黑洞迅速膨胀。"

然而，亚历山大和他的同事普里亚姆瓦达·纳塔拉詹已经找到了解决这个问题的方法——早期的黑洞可能会在没有吸积盘约束的情况下迅速膨胀成超大质量的黑洞。他们的研究结果于8月7日发表在《科学》杂志的网站上。

他们的研究方法是模拟早期黑洞的成长过程。他们将一个大约十倍于太阳大小的黑洞分成数千个星团，并模拟了围绕黑洞的冷、密、不透明的连续气流。亚历山大说:“我们模拟的早期宇宙比真实宇宙小得多，但密度更大。”

正是因为气流又冷又密，它隐藏了落入黑洞的物质发出的大量高能辐射。此外，黑洞周围许多恒星产生的引力使得气流随机移动，这阻止了吸积盘的缓慢形成。这意味着来自四面八方的物质不需要被迫绕着它旋转，而是逐渐被吸进黑洞，而是直接落入黑洞。

研究人员认为，在研究模型中观察到的黑洞“超指数增长”表明，在大爆炸后仅10亿年，一个10倍于太阳大小的黑洞就能增长到100亿倍于太阳的质量。亚历山大说:“这个研究结果为大爆炸后超大质量黑洞的快速形成提供了合理的解释。”。

未来的研究方向是探索在今天的宇宙中是否存在黑洞的超膨胀增长。早期宇宙中的高密度和高质量气流可能存在于同样的高密度和不稳定的星团形成过程中，或者可能存在于现有超大质量黑洞周围的吸积盘中。

十几年前，天文学家首次发现来自一个超大质量黑洞的X射线准周期震荡信号——“黑洞的心跳“。十几年后，当天文学家再次有机会观测这个黑洞时，发现这个信号仍在持续。这项研究工作由国家天文台高能天体物理团组主导，合作者包括英国杜伦大学研究团队，相关成果6月10日发表于《英国皇家天文学会月刊》。

这个特殊的黑洞被命名为RE J1034+396,是一个距离地球6亿光年，具有2百万个太阳质量的超大质量黑洞。2007年，科学家们利用欧洲宇航局的XMM-牛顿卫星，首次发现这个黑洞的X射线辐射具有一小时左右的周期性震荡信号。2011年以后，由于该黑洞的视线方向离太阳太近，对其心跳信号的监测也停止了。直到2018年，科学家们再次有机会对这个黑洞开展观测。研究团队向欧洲宇航局和美国宇航局申请使用XMM-牛顿卫星、“核光谱望远镜阵列”卫星和“雨燕”卫星，对RE J1034+396开展联合观测，并于2018年10月顺利完成了所有观测任务。经过详细的数据分析，该团队最终确认，RE J1034+396的X射线震荡信号仍然存在，并且比10年前更强了！这是目前观测到的超大质量黑洞心跳信号的最长持续时间。

宇宙中存在大量的具有百万至上亿个太阳质量的黑洞。电影《星际穿越》里的“卡刚图雅”黑洞就是这样一个大黑洞。漂浮在星际空间中的物质会被黑洞的引力所俘获，在逐渐落入黑洞的过程中，会形成一个圆盘状的结构，并在黑洞周围很小的空间里释放大量的能量，从而产生很强的高能辐射，比如X射线。但是，这种高能辐射的周期性重复信号却极少被发现。这种信号的周期携带了关于黑洞视界附近的物质尺度和结构的关键信息。

据了解，目前已知的一个能够产生类似心跳信号的黑洞，是一个位于银河系旋臂内，被称为GRS 1915+105的小黑洞。该黑洞的质量仅为12个太阳质量，正快速地从其旁边的一颗恒星吸收物质，并以67赫兹左右的“心率”产生X射线心跳信号。通过简单的质量对比，科学家们估算了RE J1034+396的“理论心率”，发现和“实测心率”很一致。

论文第一作者兼通讯作者金驰川研究员表示：“这个心跳信号非常美秒！它首次证明来自超大质量黑洞的这类周期性信号可以长期保持稳定，并为我们提供了深入研究其物理机制和起源的重要线索和绝佳机会。RE J1034+396也可以成为我国下一代X射线天文卫星，比如爱因斯坦探针等卫星的重要观测目标之一。

目前，该研究团队正对多颗卫星的数据进行深入分析，以期对该心跳信号的性质有更多了解，并与银河系内的小质量黑洞作对比，从而获得对黑洞视界附近的物理过程的更深刻理解

天文学家有了一个新模型来描述这些无法想像的原始宇宙怪兽的起源。

超大质量黑洞——一个质量可达数亿至数十亿个恒星的天体——是现代天体物理学最深奥的秘密之一。它们潜伏在大多数大型星系的核心位置，包括我们的银河系。鉴于黑洞在宇宙中无处不在，所以它们在宇宙形成和演化过程中很可能起到了至关重要的作用。但是它们的质量究竟是如何变得如此之巨大，长久以来一直困扰着全世界的理论物理学家。

哈勃望远镜所揭示的我们的宇宙

来源：NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch, University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, Leiden University; and the HUDF09 Team

最合乎情理的解释——这些可怕的东西在过去的数十亿年里通过吞噬大量的气体来获得如此大的质量——这个想法如今也被认为是错误的。最近的观测发现，仅仅在大爆炸8亿年之后，拥有数十亿太阳质量的黑洞就存在了。所以，这就出现了一些谜题：它们是如何那么迅速地变成那么大质量的？大多数天体物理学家认为，超大质量黑洞肯定是起源于小的“种子”黑洞。他们只是在一个种子有多小这个问题上没有达成共识。一种较为传统的理论思想认为“种子”黑洞应该很大——有可能达到数千至上万个太阳质量；而另一种理论则认为“种子”可能很小——有可能不及一百个太阳质量。

两个阵营都认同的一个事实是，黑洞是贪婪的捕食者：只有在它旁边有物质开始堆积之后，引力才能把如此多的气体塞进它的胃里，形成又白又热的圆盘，这些圆盘发出强辐射并且把再次即将到来的气体推向远方，这就有效地切断了黑洞的食物供应。这个极限叫做爱丁顿极限，并且它被认为是严重阻碍任何黑洞吞噬物质和膨胀的原因。用这种小种子模型的好处就在于，这些次中重量级黑洞相对好形成；缺点是当黑洞从次中重量级迅速变为超重质量级时，必须更多地考虑到爱丁顿限制，并且需要依靠各种各样的可能性来避开它的局限性。相比之下，大种子模型，更符合给超大质量黑洞一个巨大质量的开始以避开大量吞噬气体所带来的爱丁顿极限——但是它们的质量越大相应地就越难以形成。巨大的气体云不仅可以坍塌形成大质量黑洞，还能破碎成团块，这些团块会形成行星团，而非大质量黑洞。

无论支持大种子模型还是小种子模型，“都有很多理论尝试去解释超大质量黑洞的形成和存在，然而它们都不能给出一个令人满意的解释，”东京大学的天体物理学家吉田直树说。吉田直树是大种子的理论的支持者，他在发表于《自然》杂志的最新研究中揭示了他们是如何使早期宇宙产生并形成数量巨大的超大质量黑洞。他的“合理解释”是在宇宙爆炸后，用高速流动的气体作为黑洞质量迅速增长的关键催化剂。具体来说，它是依赖于急速上升的气体和暗物质之间的相互作用，这种暗物质是一种神秘无形的物质，它似乎是星系之间的引力胶。

图片为电脑模拟的，一个星系中心的超大质量黑洞。

形成一个黑洞

吉田教授和他来自于德克萨斯大学奥斯汀分校和德国图宾根大学的合作者一起，运用电脑模拟技术，通过赋予程序关于宇宙学的参数（例如暗物质的密度）并重新创造了早期宇宙的条件，这些参数是天文学家们从早期宇宙组成的测量数据中计算出来的。吉田教授说“我们将尝试使这个模拟状态尽可能的接近我们实际观察到状态并且使模拟宇宙随着时间的推移发生演变。”

根据这个团队对模拟宇宙的研究，在宇宙中的某些地方，来自暗物质的能量会使高速流动的气体中的原始氢和氦在大爆炸中留下。在爆炸之后，研究者们最近发现，这些早期的气体在一些地区加速并达到一种“令人不可思议”的速度—或者像吉田教授那样称它是“超快风”。吉田教授说“你可以这样设想，你很难捕捉到它们，因为这种气体移动的很快。”他说，当你把手放在消防管的喷口处，你的手会被那股力冲回来。“唯一能够使这种超强风停止的方法是创造出足够强的引力。”他这样说道。这些研究者们在早期宇宙中每隔三十亿光年的广阔区域中计算了这股引力，那里有足够量的暗物质提供引力来将这些气体收入囊中——就像有足够的力量使消防管道里的水向相反的方向推回去一样。作用在气体和暗物质之间的引力形成了一团巨大的气体云并且会阻止小行星的形成。

这片气体云非常庞大，质量相当于200万个太阳，并且正以310千米/秒的速度在宇宙中高速飞行，预计在3000万年后与银河系相撞

来源：Netease

这种模拟气体之后塌缩成一个巨大的星体，这个星体之后继续吞噬更多的气体直到它达到太阳质量的三万四千倍。这个假想的大质量恒星只有在其成分只有氢和氦的情况下才能存在——在任何恒星发生超新星爆炸以前，会围绕着早期宇宙的两种元素气体产生更重的元素，例如碳，氮和氧。之前曾经有人提出过大质量恒星的想法，但是这是第一个来模拟出它的团队。“我们的计算机模拟结果显示，这种现象确实发生了，并且这种巨大的星体确实可以形成”吉田教授说。当星体达到一定的质量后，会发生坍缩，超大质量的黑洞种子由此产生；他说“黑洞种子就这样理所当然的产生了，这就是为什么我认为这是最终的答案，至少是黑洞起源这个问题的答案”但是并不是所有人都同意这个观点