【菜科解读】

　　这张艺术家的想象图描绘出黑洞吞噬中子星的情景。

中子星绕着黑洞旋转，黑洞巨大的重力将中子星撕成碎片，这种现象称为「潮汐力崩解」（tidal disruption）。

ILLUSTRATION BY DANA BERRY, NASA

　　据美国国家地理（撰文：MICHAEL GRESHKO 编译：邱彦纶）：时空结构传来的阵阵涟漪，可能首次揭露了一种宇宙中发生的碰撞事件。

　　大约9亿年前，有个黑洞打了个响彻宇宙的恐怖饱嗝，所产生的时空涟漪在今年8月14日传到了地球，不仅让我们得知一种先前从未见过的宇宙碰撞，还有可能揭开宇宙运作的新奥秘。

　　这次所侦测到的事件名为S190814bv，很可能是由黑洞与中子星这些恒星爆炸后密度超高的剩余物，合并时引发的重力波讯号。

虽然天文学家一直觉得应该会有黑洞－中子星这样的双星系统存在，但使用各种波长的望远镜搜寻天空之后，却仍一无所获。

　　不过，天文学家也很期待能侦测到黑洞与中子星合并所产生的重力波。

早在一百多年前，爱因斯坦（Einstein）的广义相对论就预测了这种时空涟漪的存在，他认为若是两个质量极大的天体相撞，将会让宇宙的结构产生皱褶。

　　2015年，人类首度侦测到重力波，当时的雷射干涉重力波天文台（LIGO）观测到了两个黑洞合而为一所发出的讯号。

之后，LIGO和欧洲同类型的Virgo天文台也陆续又侦测到了黑洞合并及两颗中子星互撞的讯号。

而这次LIGO和Virgo都侦测到的S190814bv事件，如果确认是中子星－黑洞合并的话，那就会是人类所探测到第三种重力波。

　　探测装置在今年4月26日也曾经接收到可能为中子星－黑洞的合并讯号，但研究人员表示这次所侦测到的S190814bv事件的真实性更高。

4月份所侦测到讯号有七分之一的机率是来自地球的噪音，而且估计每隔20个月就会出现一次类似的假警报。

但S190814bv事件几乎确定来自于地球以外，而且根据雷射干涉重力波天文台团队的估计，要发生与此讯号类似的假警报，所需等待的时间恐怕比宇宙年龄还要更长。

　　「这个讯号尤其让人兴奋不已，」雷射干涉重力波天文台团队成员、美国西北大学（Northwestern University）物理学家克里斯多福． 贝瑞（Christopher Berry）这么说，「它很可能是真实的讯号，这表示很值得投入更多的时间和精力。

」

　　宇宙碎纸机

　　LIGO和Virgo还追踪S190814bv的起源范围，将其缩小到一片比满月大11倍的椭圆形天区，让望远镜得以进行后续观测，寻找反常的闪光。

来自全球各地的地面和地球轨道上的望远镜也暂停先前排定的常规观测计划加入搜索，并实时公布第一手的观测结果。

　　「这实在太让人兴奋了！ 」美国航天总署（NASA）雨燕（Swift）望远镜的天文台值班科学家艾伦． 托胡瓦沃胡（Aaron Tohuvavohu）如此表示，他一直在这片重力波来源天区内，寻找X射线和紫外线的闪光讯号，「我一整晚都没睡觉，而且乐此不疲。

」

　　如果雨燕和其他望远镜真的能够观测到LIGO和Virgo所侦测撞击的余晖，对天文学界来说会是件非比寻常的大事。

因为，光线能让科学家得以首度一窥中子星内部的情形，并可能以新的方式来检验相对论的极限。

　　雷射干涉重力波天文台团队成员、美国西北大学物理学家维基． 凯洛格拉（Vicky Kalogera）表示：「对理论学家来说，那将是美妙无比、像在作梦一样的时刻。

」

　　但是，望远镜也可能什么也看不到。

根据目前的理论预测，中子星和黑洞碰撞并不一定会产生光线，而是得取决于两个天体的质量比。

　　如果黑洞与中子星的质量愈接近，中子星旋转绕进黑洞所需的时间就愈长。

两个天体彼此环绕的距离也就愈近，使得黑洞更有可能以重力撕裂中子星。

在中子星的炽热碎屑掉入黑洞之前，会产生望远镜能够侦测到的光线。

　　但如果黑洞的质量比中子星大得多，那它就能不费吹灰之力地吞噬整颗中子星，如此一来就不会发出任何光线。

凯洛格拉表示，科学家仍然在分析S190814bv的讯号，计算黑洞质量的可能范围，以厘清这次事件的状况。

　　判断形势

　　此外，还有一种比较奇怪的可能性，是S190814bv事件中较小的天体根本不是颗中子星。

　　在每一次天体碰撞中，LIGO和Virgo是以天体的估计质量分类合并事件。

任何低于三倍太阳质量的天体都会被归为中子星，而高于五倍太阳质量的则归类为黑洞。

在这次的状况中，他们估计S190814bv事件中较小的天体质量小于三倍太阳质量。

　　虽然理论上可能有质量较小的黑洞存在，但迄今为止的X射线观测仍尚未发现小质量黑洞存在的迹象。

同样地，目前对中子星的最佳理论显示，如果中子星的质量大于两倍太阳质量，就会坍缩成黑洞。

那么，会不会我们所观测到的天体质量，就恰好介于三倍到五倍的太阳质量之间，而S190814bv事件中较小的天体其实就是个小型黑洞呢？

　　「这次事件可能带给我们两个谜题，」贝瑞表示：「中子星的最大质量是多少？ 而黑洞的最小质量又是多少？ 」

　　重力波的微妙特征，或许能让科学家弄清楚S190814bv中较小天体的身分。

如果后续观测真的能找到余晖──凯洛格拉说这可能得要花上数周，那么几乎就能确认较小的天体是颗中子星了。

　　无论最终这个讯号究竟是什么，这都将是史无前例的第一次。

贝瑞说：「这是个双赢的局面。

」

　　相关报道：时空中的涟漪”表明黑洞可能吞噬了一颗中子星

　　据cnBeta：外媒CNET报道，观察“时空中微弱涟漪”的天文学家可能首次发现了一个吞噬中子星的黑洞。

美国和欧洲的引力波观测台在4月升级后重新开始追捕这些极端宇宙事件，此后发现了23次潜在的“宇宙摆动”。

最新的一次也许是最令人兴奋的 - 它也可能是最令人费解的。

　　该事件被命名为S190814bv，于8月14日被美国的激光干涉引力波天文台(LIGO)和意大利大型引力波探测器Virgo的微调激光探测到。

这些设施发现了“时空中的涟漪”，暂时暗示它们是由于黑洞与“中子星”之间的碰撞造成的。

　　这些设施过去曾被用于观测潜在的黑洞 - 中子星碰撞，但没有一个得到充分验证。

自从4月重新开始以来，天文学家只对三个这种疯狂型宇宙碰撞的“候选者”表现出不同程度的信心。

那是因为探测器经过如此微调，有时会将“噪音”标记为真实事件。

　　如果事件被确认为中子星 -黑洞合并事件，它将完成LIGO和处女座的宇宙探测三连胜。

这些设施已经被用于观测到黑洞与黑洞合并，中子星与中子星合并，但此前从未发现过中子星 -黑洞合并。

　　天文学家的下一步计划是将望远镜聚焦在S190814bv天空的小部分上。

按照宇宙标准，其距离地球只有9亿光年远。

　　澳大利亚斯威本科技大学的天文学家 Simon Stevenson说道：“我们要么会看到一颗中子星被一个黑洞撕裂，要么像吃豆人吞下一个幽灵一样被吞噬。

”

时空弯折的终极秘境 黑洞藏着光线逃不出的边界

强大引力不断拉扯弯折空间，形成一道无形的事件视界，哪怕是宇宙中速度极限的光，一旦跨入这片范围，也再也没有办法向外挣脱逃离。

聊聊黑洞的形成本源，看懂时空弯曲的原理，便能明白光线被困的深层缘由。

广袤宇宙中，万事万物都会带来时空形变，质量越大的天体，对周边时空的弯折效果就越明显。

平日里地球、恒星带来的曲率变化十分微弱，我们很难直观察觉，光线穿行其间只会出现轻微偏移，依旧可以顺畅传播。

可黑洞截然不同，它由超大质量恒星晚年坍缩演化而来，星体内核急剧向内收拢，体积不断压缩，质量却高度汇聚，让周遭时空被剧烈拉扯扭曲。

极度密集的质量，催生出恐怖的时空曲率，空间不再保持平直状态，如同一张被重物狠狠按压凹陷的弹性薄膜，越靠近中心位置，弯折程度就越发夸张。

这种肉眼看不见的空间形变，正是黑洞一切奇特现象的根源，也构筑起专属它的宇宙规则。

事件视界便是时空弯折形成的临界分界线，没有实体轮廓，却划分出两种截然不同的物理世界。

界线外侧的时空曲率相对平缓，宇宙常规法则正常生效，光线、星际物质可以自由穿行，天体也能按照既定轨迹运转，光线能够毫无阻碍地向四面八方传播扩散。

一旦跨过事件视界，时空曲率瞬间飙升至极值，空间结构彻底扭曲塌陷。

此刻所有运动规律都会被改写，光线即便以最快速度行进，也只能顺着弯折的空间不断坠向黑洞核心，完全找不到向外逃逸的路径。

光无法逃离视界范围，也让黑洞拥有了漆黑无光的外表。

本身不会向外辐射反射光线，外界光线落入其中也尽数被束缚吞噬，没有光能抵达观测者视野，所以人类无法直接目视黑洞本体，只能依靠引力效应、光线偏折等间接痕迹判断它的存在。

时空曲率带来的束缚力，不止困住光芒，也禁锢住所有物质与信息。

任何行星、星云碎片、宇宙尘埃，不慎闯入事件视界之后，都会顺着扭曲的空间持续下坠，最终汇聚到中心奇点。

外界永远无法获取视界内部的状态变化，这里成了宇宙天然的封闭秘境。

对比普通天体就能清晰看出差距，行星、恒星的时空弯曲程度有限，物体只要达到对应逃逸速度，就能脱离引力影响。

黑洞曲率突破临界阈值，直接锁住光速运动的光线，成为宇宙中独一无二的时空牢笼。

人类依靠天文观测不断探索黑洞奥秘，从捕捉引力波，到拍摄黑洞实景影像，一步步印证时空曲率的相关理论。

这份极致弯折造就的特殊天体，不断颠覆着人们对时空的固有认知，也指引着人类持续探寻宇宙更深层次的奥秘。

吞噬一切的宇宙深渊，黑洞引力藏着光速禁区

它拥有世间顶尖的引力束缚力，独特的视界边界划分出截然不同的时空领域，只要踏入视界范围之内，就连每秒三十万公里的光速，都没办法挣脱引力拉扯向外逃离。

今天就用闲聊述说的口吻，聊聊黑洞引力的奇特特性，讲讲视界的划分意义，理清为何光速都无法从黑洞内部脱身，一同揭开这片宇宙禁区的神秘面纱。

宇宙天体的引力强弱，一直和自身质量、密度牢牢挂钩。

普通恒星、行星的引力，只能束缚周边卫星与星际物质，物体只要达到对应速度，就能摆脱引力飞向深空。

而黑洞诞生于大质量天体的末期演化，巨型恒星燃料耗尽后，再也无法支撑自身庞大躯体，核心在自身重压下急剧向内坍缩，体积被无限压缩，密度飙升到难以想象的地步。

极致致密的结构，催生出碾压所有常规天体的超强引力，这也让黑洞拥有了独一无二的宇宙统治力。

从黑洞形成的那一刻开始，它就注定成为宇宙里特殊的存在，和我们熟知的星体运转规律彻底区分开来。

围绕黑洞存在一层无形的边界，这便是人们常说的事件视界。

它没有实体外壳，肉眼无法直接看见，却是一道无法逾越的分界线。

视界之外的宇宙空间，依旧遵循常规物理规则，光线、星体、宇宙尘埃都能自由穿梭，天体也可以依靠运动速度远离黑洞影响范围。

一旦物质、光线跨越这条无形界线，彻底进入视界内部，一切都会发生颠覆性改变。

黑洞恐怖的引力会牢牢锁定内部所有存在，再也没有力量能够带着物质脱离这片区域。

衡量天体引力束缚能力，有一个关键参照标准就是逃逸速度，也就是物体摆脱天体引力束缚，飞向宇宙远方需要具备的最低速度。

地球有着自身对应的逃逸速度，火箭突破临界数值便能冲出大气层奔向太空，太阳系里的各大行星、恒星，都有着各自固定的逃逸速度门槛。

黑洞打破了常规天体的速度极限，视界内部的逃逸速度直接超越光速。

光速是目前人类认知里宇宙最快运动速度，连光线本身都没办法积攒足够速度冲破引力牢笼，其他星体、星际物质自然更没有脱身的可能。

光线坠入黑洞视界后，无法向外反射、传播，我们没办法捕捉到黑洞自身散发的光亮，这也是黑洞漆黑一片、难以直接观测的根本原因。

任何闯入视界之内的物质，不管是庞大的恒星残骸，还是细碎的气体尘埃，都会被强大引力不断拉扯撕扯，最终向着黑洞中心奇点不断坠落，彻底消融在这片深渊之中。

超强引力不止禁锢视界内部的一切，也会剧烈扭曲周边时空。

靠近黑洞的星体运行轨迹会被强行弯折，光线途经周边空间也会发生明显偏转。

不少遥远天体发出的光芒，在奔赴地球的途中靠近黑洞区域，都会被引力改变行进路线，这也给天文观测带来了奇妙的视觉效果。

科研人员依靠光线弯折、天体异常运动等间接痕迹，一步步推算黑洞位置，测算它的质量与引力强度。

时至今日，人类依旧没办法近距离抵达黑洞视界实地探查，视界内部的时空结构、物质形态，还留存着大量未解谜题。

光速无法逃逸的特性，让黑洞成为宇宙天然的隔绝领域，里面的一切变化都无法向外传递信息。

黑洞凭借极致强大的引力，划定出超越光速束缚的视界禁区，成为宇宙中最神秘的深渊天体。

这份打破常规物理认知的特质，不断吸引着人类探索研究，随着天文观测技术持续进步，未来我们也会慢慢解锁更多黑洞隐藏的宇宙奥秘。