宇宙捉迷藏——尋找那些散落在宇宙中的無數隱藏黑洞

摘要：研究人員寫道，當這些流出物質與周圍的環境相互作用時，應該會產生人類射電望遠鏡能夠探測到的無線電波。荷蘭萊頓大學的天體物理學家西蒙·波特吉斯·茲瓦特(Simon Portegies Zwart)沒有參與Tsuna和Kawanaka的研究，但他認為「這篇論文很有意思，」波特吉斯·茲瓦特自己也研究了IBH(也被稱為中等質量黑洞IMBH)的問題。

是時候去找那些隱藏起來的黑洞了。

這是兩位日本天體物理學家提出的觀點，他們寫了一篇論文，提議對可能廣泛存在於我們銀河系的數百萬個「孤立黑洞」(IBH)進行新的搜尋。這些黑洞飄浮在黑暗當中，吸收著星際間的物質——恒星間漂浮的塵埃和其他物質。但是黑洞的吸積過程非常低效，大量的物質以高速被拋出到太空之中。研究人員寫道，當這些流出物質與周圍的環境相互作用時，應該會產生人類射電望遠鏡能夠探測到的無線電波。如果天文學家能從星系的其他噪音中篩選出這些無線電波，他們也許就能夠發現這些看不見的黑洞。

研究人員在他們的論文中寫道：「觀察IBH的一種基礎方法是觀察它們的x射線輻射。」目前他們的這篇論文在7月1日作為預印本發表在arXiv上，還未經過正式的同行評議。

這是為什麼呢?當黑洞從太空中吸走物質時，黑洞邊緣的物質會加速運動並形成所謂的吸積盤，在往視界運動的過程中，吸積盤里的物質會相互摩擦，並在這個摩擦過程中噴射出x射線。但與超大質量黑洞相比，孤立黑洞的體積較小，因此不會以這種方式發射大量x射線，它們的吸積盤中也根本沒有足夠的物質或能量來產生大量x射線信號。因此，過去使用x射線對IBH進行的研究也未能得出結論性的結果。

東京大學的Daichi Tsuna和京都大學的Norita Kawanaka在他們的論文中寫道：「這些流出物質可能會使IBH在其他波長中被檢測到。流出物質可以與太空周圍的物質相互作用，在交界面上產生強烈的非碰撞性震波，這些震波可以放大磁場，加速電子運動，而這些電子又會在射電波段發射出同步輻射。」

換句話說，穿過星際介質的這些流出物應該會使電子以產生無線電波的速度運動。

荷蘭萊頓大學的天體物理學家西蒙·波特吉斯·茲瓦特(Simon Portegies Zwart)沒有參與Tsuna和Kawanaka的研究，但他認為「這篇論文很有意思，」波特吉斯·茲瓦特自己也研究了IBH(也被稱為中等質量黑洞IMBH)的問題。

波特吉斯·茲瓦特說：「這將是找到IMBH的好方法，我認為，有了LOFAR(the Low-Frequency Array，荷蘭低頻陣列)，這樣的研究應該可以做到，但靈敏度方面可能會有點問題。」

波特吉斯·茲瓦特解釋說，IBH一直被認為是黑洞類型中的「缺失環節」，天文學家目前可以檢測到的黑種類型有兩種：一種是恒星質量黑洞，這種黑洞的大小是太陽的兩倍到一百倍，另一種是超大質量黑洞，這種龐大的怪物住在星系的核心，它的大小是太陽的成千上萬倍。

恒星質量的黑洞偶爾可以在由普通恒星組成的雙星系統中探測到，因為雙星系統可以產生引力波，而伴星可以為大型x射線暴提供燃料。超大質量黑洞的吸積盤會釋放出非常巨大的能量，天文學家們可以探測到甚至直接拍攝到它們。

但是，處於這兩種類型之間的IBH則要更難檢測。天文學家們懷疑太空中有一些天體可能是IBH，但這些結果尚不確定。不過過去的研究，包括波特吉斯·茲瓦特在2017年合著並發表在《皇家天文學會月刊》的一篇論文都表明，宇宙中可能隱藏著數百萬顆IBH。

Tsuna和Kawanaka寫道，對IBH進行無線電調查的最佳方式可能需要用到平方公里陣列射電望遠鏡(SKA)，SKA是一種多部件射電望遠鏡，計劃在南非和澳大利亞建造分部。它的無線電波收集面積預計為1平方公里(0.39平方英里)。研究人員可能，SKA將能夠在其計劃於2020年進行的第一個概念驗證階段中，探測到至少30顆IBH發射出的無線電波。他們寫道，以後完整的SKA系統(計劃在本世紀20年代中期建成)應該能夠探測到多達700顆IBH。

他們寫道，SKA不僅能夠發現來自這些IBH的無線電波，還應該能夠精確地估算其中許多IBH的距地距離。當那一刻到來的時候，所有這些隱藏起來的黑洞應該都會水落石出。

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