发现距离地球最近的“独角兽”黑洞也是最小的黑洞
据美国国家地理（撰文：DAN FALK编译：邱彦纶）：发现距离地球最近黑洞！这个昵称为「独角兽」的奇特天体是目前发现的最小黑洞之一，可能有助于解决长久以来的天文物理之谜。
最小的黑洞有多大呢？为了回答这个问题，天文学家数十年来一直试图盘点我们附近的黑洞。
他们发现了很多大型和中型黑洞──包括银河系中央的超大质量黑洞，但在这之前却一直未曾发现小型黑洞的迹象，这也成了天文物理学领域长久以来的未解之谜。
最近，天文学家发现了目前为止最小的黑洞：质量只有太阳的三倍──而且它与地球的距离只有1500光年，也是离我们最近的黑洞。
这个发现「代表只要扩大搜寻的范围，我们就有可能发现更多小型黑洞，」俄亥俄州立大学的天文学家塔林杜.贾亚辛格（Tharindu Jayasinghe）表示，他是《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）所刊载最新研究的第一作者，这次发现「将推动科学家去寻找这些天体系统」。
贾亚辛格和他的同事把这个黑洞命名为「独角兽」（Unicorn），部分是因为这是个独特的黑洞，部分则是因为它的位置在麒麟座（Monoceros）内──古代天文学家以独角兽的希腊文为这个星座命名。研究人员希望能藉由独角兽和其他类似天体的研究，更清楚地了解恒星在生命终结时会发生什么事，为什么有些恒星会坍缩成黑洞，有些则是成为称为中子星的致密恒星外壳。
搜寻看不见的黑洞
连光也无法逃脱黑洞的重力，因此我们只能以间接的方式侦测黑洞。黑洞吸积伴星（companion star）物质时会释放出X射线，而大多数的已知黑洞就是藉由搜寻这种X射线射线而发现。黑洞周围有个称为「吸积盘」（accretion disk）的致密环圈，物质会在此处升温，并发出X射线望远镜可以侦测到的辐射
但天文学家家是用另一种方法发现独角兽的。贾亚辛格的团队利用多个天文台的数据，测量红巨星麒麟座V723的亮度和光谱的周期性变化。数十年来，天文学家一直在用这样的观测方法，来寻找很难直接观测到的系外行星
研究团队推测有个看不见的伴星在拉扯着这颗红巨星，让它变成了水滴形。数据能够让我们得知两个天体的质量总和，如果这颗恒星的质量比研究团队所估计的更大，那么这个看不见的天体可能是颗中子星，但他们认为它很可能是个小型黑洞。
虽然独角兽正在改变红巨星的形状，但它却没有从这颗伴星吸积物质。这代表没有吸积盘，因此也没有X射线，这就是为什么我们一直到现在才发现它的原因。这种「安静的」黑洞没有释放出X射线，这或许解释了为什么至今很少发现小型黑洞。
质量比太阳大五倍的黑洞很多，但比这小的就很少了。天文学家对缺少小型黑洞的现象感到相当困惑，并将之称为「质量间隙」（mass gap）。
填补质量间隙
在发现独角兽之前，科学家就已经提出几个有可能位在黑洞质量间隙内的天体。同一团队在2019年宣布发现了一个围绕巨星运行的暗天体──但是他们对这个天体质量的估计不太精确，他们得到的结论是这要不是个黑洞，要不就是个「质量大到出人意料的中子星」
去年，另一个团队宣称他们发现了距离地球约1100光年的三星系统，其中有个四倍太阳质量的黑洞围绕两颗恒星运行。如果这个系统中真的有黑洞存在，那么它将是目前已知距离地球最近的黑洞，但之后有其它研究对这个发现提出了质疑。
雷射干涉重力波天文台（Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory，简称LIGO）等重力波探测器也带来了更多振奋人心的结果。 2019年，天文学家观测到由两个天体碰撞产生的重力波源GW190814，其中一个天体只有2.6倍的太阳质量──代表它可能是颗非常重的中子星，或者是已知的最轻黑洞。此外，在2017年也观测到两颗中子星融合产生了约2.8倍太阳质量黑洞的重力波事件。
可惜的是，天文学家很难对藉由重力波探测到的天体进行长期的研究。它们通常位于银河系之外，这代表天文学家只有在重力波爆发的短暂瞬间，才能研究它们。在这之后，它们就永远消失无踪了。
另一方面，独角兽就在我们的星系之内，天文学家能够在之后的数年时间里研究这个天体。「这颗伴星是颗距离我们很近的红巨星，这个事实让观测结果更加准确、可靠。」并未参与此项研究的西北大学天文学家维琪.卡洛耶拉（Vicky Kalogera）说。
时空坍缩
天文学家希望能够藉由研究独角兽和其他类似的天体，而更了解黑洞和中子星形成的物理原理。这两种天体都是在恒星核燃料耗尽、生命结束时形成的，但它们会变成哪一种天体，取决于恒星的质量。
如果恒星的质量比太阳略大一点，那么它会经历超新星爆炸（supernova）。剩余的部分会在重力作用下，被压缩而形成中子星。这种天体非常致密，内部的物质像是原子核一样被紧紧地挤在一起。
如果天体比太阳重得多，那么它会在重力作用下进一步坍缩而形成黑洞。虽然恒星可能已经存在了1000万年之久，但最终的结局往往仅在一瞬之间。
「恒星的命运在1到5秒之内就已经决定：是超新星爆炸，产生中子星，还是坍缩形成黑洞，」独角兽黑洞论文的共同作者、俄亥俄州立大学的天文学家托德.汤普森（Todd Thompson）说：「可能还有种介于之间的状况，发生了一点爆炸，但仍有物质往回掉落而形成黑洞。所有的一切都在很短的时间内发生。」
研究人员面临的一个难题，是无法直接研究相关的物理特性。「我们仍未完全理解物质在原子核密度下的情况，」卡洛耶拉说：「这是天文学遇到的挑战：我们无法在实验室里模拟这样的密度。」
像独角兽这样的小型黑洞，或许能帮助科学家解开这个宇宙难题。
欧洲太空总署（European Space Agency）的盖亚（Gaia）探测器公布更多数据后，情况或许会更加明朗。这项计画的目的是精确测绘天空的恒星位置，也许会发现更多小型黑洞拉扯伴星的现象。
天文学家也很期待史隆数位巡天计画（Sloan Digital Sky Survey）下次发布数据，这项计画利用位于新墨西哥州的望远镜精确观测数百万个天体，因此有可能会发现天体被看不见的伴星拉扯所产生的运动。目前智利正在建造的薇拉.鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory）也可能会发现小型黑洞。
有了更多数据之后，天文学家想知道，缺少小型黑洞的现象是否能为恒星物理学带来新的研究方向──又或者小型黑洞其实遍布整个星系，只是因为我们才刚找到搜寻方法，因此现在还没发现它们。
