畢竟，黑洞具有如此強大的引力，光線無法逃脫，所以天文學家通常通過它們對其他天體的引力影響或它們吞噬的周圍物質產生的輻射來探測它們。如果沒有附近的天體或吸積物質，整個銀河系可能有數(shù)以億計的黑洞，但天文學家基本上看不到它們。

如果像天文學家認為的那樣，大型恒星的死亡會留下黑洞，那么應該有數(shù)以億計的黑洞散布在銀河系中。問題是，孤立的黑洞是看不見的。

現(xiàn)在，一個由加州大學伯克利分校天文學家領導的團隊首次發(fā)現(xiàn)了可能是一個自由漂浮的黑洞，他們觀察到一顆較遠的恒星因其光線被該天體的強引力場扭曲而變亮--所謂的引力微透鏡。

由研究生Casey Lam和加州大學伯克利分校天文學副教授Jessica Lu領導的團隊估計，這個看不見的緊湊天體的質量是太陽的1.6到4.4倍。因為天文學家認為，死亡恒星的殘余物必須重于2.2個太陽質量，才能坍縮成黑洞，所以加州大學伯克利分校的研究人員提醒說，這個天體可能是一顆中子星，而不是黑洞。中子星也是密集的、高度緊湊的天體，但它們的重力被內部的中子壓力所平衡，從而防止進一步坍縮成黑洞。

無論是黑洞還是中子星，這個天體都是第一個被發(fā)現(xiàn)的黑暗恒星殘骸--恒星 “幽靈”--在銀河系中游蕩，沒有與另一顆恒星配對。

“這是第一個用引力微透鏡發(fā)現(xiàn)的自由漂浮的黑洞或中子星，”Lu說。“通過微透鏡，我們能夠探測這些孤獨的、緊湊的天體。我認為我們已經(jīng)為這些黑暗的天體打開了一扇新的窗口，這些天體是無法用其他方式看到的。”

確定銀河系中有多少這些緊湊的天體，將有助于天文學家了解恒星的演變--特別是它們是如何死亡的--以及我們的銀河系，或許還能揭示出是否有任何看不見的黑洞是原始黑洞，一些宇宙學家認為這些黑洞是在大爆炸期間大量產生的。

Lam、Lu和他們的國際團隊的分析已經(jīng)被接受發(fā)表在《天體物理學雜志通訊》上。該分析包括另外四個微透鏡事件，該團隊認為這些事件不是由黑洞引起的，盡管其中兩個可能是由白矮星或中子星引起的。研究小組還得出結論，銀河系中的黑洞數(shù)量可能是2億個--與大多數(shù)理論家預測的差不多。

相同的數(shù)據(jù)，不同的結論

值得注意的是，來自巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所（STScI）的一個競爭團隊分析了同一個微透鏡事件，并聲稱這個緊湊天體的質量更接近于7.1個太陽質量，無可爭議地是一個黑洞。由Kailash Sahu領導的STSCI團隊的一篇描述該分析的論文已被接受在《天體物理學雜志》上發(fā)表。

兩個小組都使用了相同的數(shù)據(jù)：對遠方恒星在被超緊湊天體扭曲或 “透鏡”時亮度的光度測量，以及對遠方恒星在天空中的位置由于透鏡天體的引力扭曲而產生的移動的天體測量。測光數(shù)據(jù)來自兩個微透鏡調查：光學引力透鏡實驗（OGLE），它采用了華沙大學在智利的一臺1.3米的望遠鏡，以及天體物理學中的微透鏡觀測（MOA）實驗，它安裝在大阪大學在新西蘭的一臺1.8米的望遠鏡上。天體測量數(shù)據(jù)來自NASA的哈勃太空望遠鏡。STScI負責管理該望遠鏡的科學項目，并進行其科學操作。

因為兩次微光調查都捕捉到了同一個天體，所以它有兩個名字：MOA-2011-BLG-191和OGLE-2011-BLG-0462，簡稱為OB110462。

雖然像這樣的調查每年在銀河系發(fā)現(xiàn)大約2000顆因微透鏡而變亮的恒星，但天體測量數(shù)據(jù)的加入使得這兩個團隊能夠確定這個緊湊天體的質量以及它與地球的距離。由加州大學伯克利分校領導的小組估計，它位于2280至6260光年之外，在銀河系中心的方向，靠近環(huán)繞銀河系中心大質量黑洞的大凸起。

STScI小組估計，它位于大約5153光年之外。

“大海撈針”

2020年，當STSCI團隊初步斷定哈勃觀測到的五個微透鏡事件--所有這些事件都持續(xù)了100多天，因此可能是黑洞--可能畢竟不是由緊湊型天體引起的之后，Lu和Lam首次對該天體產生了興趣。

自2008年以來一直在尋找自由漂浮的黑洞的Lu認為，這些數(shù)據(jù)將幫助她更好地估計它們在銀河系中的豐度，粗略估計在1000萬到10億之間。到目前為止，恒星大小的黑洞只作為雙星系統(tǒng)的一部分被發(fā)現(xiàn)。雙星中的黑洞可以從X射線中看到，當恒星中的物質落到黑洞上時產生，或者通過最近的引力波探測器看到，這些探測器對兩個或多個黑洞的合并很敏感。但是這些事件是罕見的。

“Casey 和我看到這些數(shù)據(jù)，我們非常感興趣。我們說，‘哇，沒有黑洞。這是令人驚訝的，’盡管應該有，”Lu說。“于是，我們開始研究這些數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)中真的沒有黑洞，那么這就不符合我們關于銀河系中應該有多少黑洞的模型。我們對黑洞的理解必須有所改變--要么是它們的數(shù)量，要么是它們運動的速度，要么是它們的質量。”

當Lam分析這五個微透鏡事件的光度和天體測量學時，她驚訝地發(fā)現(xiàn)其中一個OB110462具有緊湊天體的特征。透鏡物體看起來很暗，因此不是一顆恒星；恒星的變亮持續(xù)了很長時間，將近300天；背景恒星位置的扭曲也是持久的。

Lam說，透鏡事件的長度是主要線索。在2020年，她表明搜索黑洞微透鏡的最佳方式是尋找非常長的事件。她說，只有1%的可探測到的微透鏡事件可能來自黑洞，所以尋找所有的事件就像“大海撈針”。但是，Lam計算出，大約40%的持續(xù)時間超過120天的微光事件有可能是黑洞。

Lam說：“增亮事件持續(xù)多長時間，暗示了彎曲背景恒星光線的前景透鏡的質量有多大。長事件更可能是由于黑洞造成的。不過，這并不是一種保證，因為增亮事件的持續(xù)時間不僅取決于前景透鏡的質量如何，而且還取決于前景透鏡和背景恒星相對運動的速度如何。然而，通過同時獲得背景星的表面位置的測量，我們可以確認前景透鏡是否真的是一個黑洞。”

據(jù)Lu說，OB110462對背景星的光的引力影響是驚人的長。這顆恒星花了大約一年時間變亮到2011年的峰值，然后又花了大約一年時間變暗回到正常狀態(tài)。

更多的數(shù)據(jù)將區(qū)分出黑洞和中子星

為了確認OB110462是由一個超級緊湊的天體引起的，Lu和Lam要求從哈勃獲得更多的天體測量數(shù)據(jù)，其中一些數(shù)據(jù)于去年10月到達。這些新數(shù)據(jù)顯示，在事件發(fā)生10年后，由于透鏡的引力場而導致的恒星位置變化仍然可以觀察到。對該微透鏡的進一步哈勃觀測暫定于2022年秋季進行。

對新數(shù)據(jù)的分析證實，OB110462可能是一個黑洞或中子星。

Lu和Lam懷疑，兩個小組的不同結論是由于天體測量和光度測量數(shù)據(jù)對前景和背景天體的相對運動有不同的測量。兩個小組的天體測量分析也有不同。加州大學伯克利分校領導的團隊認為，目前還無法區(qū)分該天體是黑洞還是中子星，但他們希望在未來通過更多的哈勃數(shù)據(jù)和改進的分析來解決這一差異。

“盡管我們很想說它是一個明確的黑洞，但我們必須報告所有允許的解決方案。這既包括質量較低的黑洞，甚至可能包括一顆中子星，”Lu說。

“如果你不能相信光的曲線，亮度，那么這說明了一些重要的問題。如果你不相信位置與時間的關系，那就說明了一些重要的事情，”Lam說。“所以，如果其中一個是錯誤的，我們必須了解原因。或者另一種可能性是，我們在兩組數(shù)據(jù)中測量的東西都是正確的，但我們的模型是不正確的。測光和天體測量數(shù)據(jù)產生于同一個物理過程，這意味著亮度和位置必須相互一致。所以，那里缺少一些東西。”

兩個團隊還估算了超緊湊透鏡天體的速度。Lu/Lam團隊發(fā)現(xiàn)了一個相對平靜的速度，不到30公里/秒。STScI團隊發(fā)現(xiàn)了一個異常大的速度，即45公里/秒，它將此解釋為所謂的黑洞從產生它的超新星中得到了額外的刺激。Lu解釋說，她的團隊對低速度的估計有可能支持一個新的理論，即黑洞不是超新星的結果--這是今天的主流假設--而是來自失敗的超新星。