最近，俄亥俄州立大学的研究人员发现了一种新型的小质量黑洞，填补了宇宙中已知中子星和黑洞之间的质量差距，并将观测到的黑洞质量下限降低了约三分之一。这项研究最近发表在《科学》杂志上。
中国科学院国家天文台研究员郭丽君在接受《科学日报》采访时说:“我们以前从未在宇宙中发现过如此小的黑洞。小质量黑洞的发现将丰富我们对恒星生命历程的理解。”
那么，为什么人们要寻找质量小的黑洞呢？远离地球的黑洞的质量是如何计算出来的？“小黑洞”的发现对我们来说意味着什么？
“双星系统”看不到一个
这次发现的最小黑洞来自双星系统。双星系统是指两个天体的组合，它们的重力提供向心力并使它们围绕同一点旋转。在双星系统中，恒星仍然可以被黑洞的引力吸引并继续围绕它旋转。然而，由于黑洞的巨大引力，光子速度不足以摆脱黑洞的引力，永远无法逃脱。因此，黑洞不能通过光学观察看到，只能看到它的“同伴”。另一方面，只要发现一颗看不见伴星并符合双星系统运动规律的恒星，就可以判断它的“伴星”是一个黑洞。根据牛顿运动定律，研究人员也可以通过观察和计算伴星的轨道来确定这个黑洞的质量。在这项研究中，研究人员使用上述方法找到最小的黑洞。
研究人员使用的样本数据是阿帕奇·波因特天文台的光谱数据。由于来自地球的发光天体观测到的光波频率在远离地球时会降低，反之亦然，研究人员只能根据光波频率的增加或减少来计算恒星的轨道并判断一颗恒星是否在围绕“伴星”运行。
因此，从寻找双星系统的角度来看，研究人员已经从10万个恒星样本中筛选出了200个值得注意的样本。
在其中一个样本中，一颗红巨星似乎正在围绕另一颗“看不见”的恒星运行。研究人员确定这是一个黑洞，并注意到它的质量似乎比已知的黑洞小得多，比已知的最大中子星大得多。后来，研究人员根据阿帕奇·波因特天文台(Apache poynter Observatory)银河进化实验室(APOGEE)和盖亚卫星等观测平台的补充数据，进一步计算发现，这个黑洞的质量大约是太阳质量的3.3倍。“质量大小至关重要”。20世纪30年代，奥本海默等人提出了奥本海默·极限，并认为中子星的质量有一个上限郭立军说，“理论上，质量大于‘奥本海默·极限’的中子星将会崩溃。”
黑洞的演化理论认为中子星是恒星演化最后阶段的一种形式，而质量太大的中子星是不稳定的，会坍塌形成黑洞。然而，先前确认的黑洞质量至少是太阳质量的5倍，而中子星的质量一般不超过太阳质量的2.1倍。对质量位于中子星和黑洞之间的天体并没有明确的理解，它被称为“质量间隙”。
2017年，LIGO观察到两个质量分别是太阳质量31倍和太阳质量25倍的黑洞合并。LIGO发现了质量比过去更大的黑洞合并，这引发了人们的猜测，可能还有更小的黑洞没有被发现。
郭丽君说:“通常发现的黑洞质量大多是太阳质量的7到8倍。通常宇宙中有更多质量很小的恒星，但是没有观察到质量很小的黑洞。”
托德·汤普森(Todd Thompson)，这份研究论文的第一作者，美国俄亥俄州立大学天文学教授，从这一推测出发，着手寻找一种新型的小质量黑洞。这次发现的小黑洞刚刚填补了这个观察空白区域。
理论上，宇宙中有大量小质量恒星爆炸，这将导致大多数小质量黑洞。然而，与理论预期相反，在汤普森教授的研究发表之前，没有人在“质量间隙”中发现任何黑洞。
汤普森说:“我们可能已经发现了一种新型的小质量黑洞。天体的质量非常重要。它告诉我们天体的性质以及形成和进化的过程。”
