发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　科学家们首次证实了黑洞和中子星的碰撞，这是两个极端天体相遇的决定性时刻，其威力无比强大，它们在宇宙中激起的涟漪在10亿年后仍可被察觉。更令人惊讶的是，根据数千名科学家的国际合作结果，这项天文发现已经不止一次，而是两次。

　　中子星与黑洞合并是宇宙中最极端的现象之一，这些现象的观察为了解天文物理开辟了新的途径，GW200105和GW200115这两个事件几乎同时被发现，说明了重力波科学领域的发展迅速。在第一次确认发现重力波的短短五年时间里，研究人员现在已经从几十个事件中检测到这些重力波——总共约有50个单独的黑洞与其他黑洞碰撞的实例，或者中子星与其他中子星碰撞的实例。

▲由艺术家绘制中子星与黑洞碰撞的示意图，较大的一颗为中子星。

　　但在此之前，中子星与黑洞合并的碰撞从未被证实，尽管科学家们之前已经接收到可能暗示中子星与黑洞碰撞的讯号。然而，2020年1月，LIGO-Virgo重力波探测器从两个紧凑的双星对观测到了重力波讯号，而其讯号的特征与中子星-黑洞一致。第一个事件GW200105是在2020年1月5日探测到的，大约是太阳质量8.9倍的黑洞，与一个太阳质量1.9倍的中子星对撞，这次碰撞发生在大约9亿年前，而GW200115是在2020年1月15日探测到的，发生在大约10亿年前，是一个6倍太阳质量的黑洞和一个1.5倍太阳质量的中子星合并的结果。

　　这种特殊的双星系统已经被预测存在了几十年，但从未被实际观测到，现在由于它们的碰撞中探测到重力波，我们知道了这两对黑洞确实存在。关于中子星和黑洞，我们仍然有很多未解之谜，包含了它们可以变得多大或多小，它们旋转的速度有多快，它们如何成对合并。有了未来的重力波数据，我们将能回答这些问题，并最终了解我们宇宙中最极端的天体是如何形成的，该研究发表在《天文物理学期刊快报》上。（编译/台北天文馆技佐许晋翊）

资料来源：Science Alert

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　2019年5月由美国LIGO与欧洲Virgo引力波干涉仪所探测到的引力波事件GW190521，是迄今为止发现的最重黑洞产生的合并事件。GW190521由两个分别为85倍以及66倍太阳质量重的黑洞撞击合并，最终形成一颗142倍太阳质量重的超大黑洞，这已经是中等质量黑洞的范围了（100至1,000,000倍太阳质量）。

　　GW190521在合并前的两个黑洞也令科学家相当有兴趣，因为这两颗黑洞的质量大到无法从恒星演化的理论中产生。如果恒星质量在130个太阳质量以上，可能演化成不稳定对超新星，恒星连同它的致密核心会被失控的热核爆炸完全摧毁。因此科学家一般认为恒星演化不会产生质量65至120倍太阳质量之间的黑洞。

　　最近有研究团队针对GW190521不正常的黑洞质量数值重新进行分析。根据团队将引力波信号和可能与合并相关的电磁耀斑比对，认为有更好的模型可以匹配GW190521的观测数据。

　　研究团队认为GW190521两颗合并的黑洞质量应该分别为16倍及170倍太阳质量。这个解释解决了不寻常的黑洞质量大小问题，而且根据团队所提出的结果，这还是第一个探测到由中等质量黑洞合并所产生的引力波！（编译/台北天文馆虞景翔）

LIGO与Virgo三个站点的观测数据与模型比较。黑线为观测资料，蓝线为原先的模型，橘线为此研究团队提出的新模型。

资料来源：AAS NOVA

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　哈佛-史密松天体物理中心的科学家，发现超大质量黑洞在星系里明显移动的例子，相关结果发表在天文物理期刊。超大质量黑洞因质量较大移动不易，如同移动保龄球比足球困难一样，科学家预期超大质量黑洞（数百万倍太阳质量）几乎不会移动。

　　科学家花了五年的时间，观测和比较10个星系和其中心超大质量黑洞的速度，假如两者不同代表黑洞曾受到扰动。科学家选择观测吸积盘（物质绕转掉进黑洞前所形成的结构）中带有水分子的超大质量黑洞和其星系。当水分子绕转黑洞，在特殊条件下它可以在无线电波段产生迈射（原理如同雷射，但光频段为无线电波）。结合数个电波天线搭配超长基线干涉术（利用数个电波望远镜同时观测讯号，以模拟成一个大口径的望远镜）来观测迈射讯号，可以精确测量邻近黑洞物质的速度，并进一步得到黑洞速度。

　　在观测的十个星系中，有一个星系（J0437+2456，距离2.3亿光年）的超大质量黑洞（约3百万倍太阳质量）有移动，后续借由Arecibo和Gemini天文台的观测亦确认此发现。此超大质量黑洞相对星系移动的速度约50公里/秒。

　　科学家推测可能的原因有二，其一是观测到的是刚经过黑洞合并后的新生黑洞，还在安顿的过程中而尚有些速度，另一可能是此为两个超大质量黑洞形成的双星系统，因另一黑洞缺乏迈射而无法用无线电波观测到。虽然科学家预期超大质量黑洞双星的存在，但尚未明确的观测到，目前还需要更多观测来确定此超大质量黑洞运动的原因。（编译/台北天文馆陈姝蓉）

星系J0437+2456被认为是移动的超大质量黑洞的所在地。图片来源：美国斯隆数字巡天 Sloan Digital Sky Survey (SDSS)

资料来源：SciTechDaily

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　物理学家认为黑洞只有三个独立的特性：质量、电荷、和角动量。由于黑洞所捕获的物质基本上是电中性，因此黑洞的电荷应几乎为零。而黑洞的质量决定其事件视界的大小，可以通过周围物质运动的轨道测量质量。但是，黑洞的旋转就很难研究了。黑洞会如同恒星或行星自转，可是黑洞没有像恒星和行星那样的物理表面提供测量。由于与质量一样，黑洞自旋也是一种时空性质，因此自旋会造成空间改变，要测量黑洞的自旋，需要研究物质在黑洞附近的行为。目前已测量到超大质量黑洞的自旋。如研究其吸积盘发出的X射线会受自旋改变能量，或如M87影像中，朝向我们旋转的一侧的光环更亮。但是我们不知道银河系中心黑洞的自旋，由于银心黑洞不是很活跃，也比M87中的黑洞小得多。我们不能通过观察它附近的光来测量它的自旋。但是在Astrophysical Journal Letters的论文提出另一种测量自旋的方法。

▲黑洞与吸积盘同向或不同向转动的X光波段能量分布图。

　　作者提出参考系拖曳（Frame-dragging）方式，当质量旋转时，它会稍微扭曲周围的空间。这种现象已经由测量绕地人造卫星证实。虽然黑洞无法如地球，在其周围的轨道上放置探测器测量，但是作者认为可测量黑洞周围恒星运动证实。尤其大约有40颗被编号S的恒星，其轨道非常靠近黑洞，随着时间的推移，它们的轨道会因参考系拖曳的效果而改变。如果可以测量这些偏移，就可以测量自旋。在这项新研究中，团队研究了S星的轨道，没有发现参考系拖曳效应，因此银心黑洞必定缓慢旋转，可能其旋转度小于黑洞最大可能旋转度的10％。相较之下M87黑洞的旋转速度快多了。（编译/台北天文馆助理研究员李瑾）

资料来源：Universe Today

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　在离地球2.15亿光年的星系中心，一道耀眼的光芒突然射向太空，这是一颗垂死恒星所发出的最后一声惨叫，因为它靠得太近，被一个超大质量黑洞扯开，这同时也是我们首次观测到恒星死亡的过程，为我们了解宇宙的剧烈变化提供了前所未有的经验。

　　虽然恒星死于黑洞的现象并不常见，但天文学家们目前已经看到够多的证据，并大致了解这一个过程，当恒星靠黑洞太近时，黑洞巨大的潮汐力会拉伸恒星，当恒星进入流体洛希极限的范围后会被更进一步的扯裂，这种恒星被扯裂的现象，称为潮汐破坏现象（Tidal disruption event，简称TDE）。

　　本次的TDE在2019年9月首次发现，命名为2019qiz，TDE没办法预测，必须随时观测天空，这些解体恒星死前会在黑洞的视界外释出耀眼的闪焰，但是这种闪焰通常会被一团尘埃所掩盖，使得研究难度增加。兹威基瞬变天体观测设施（Zwicky Transient Facility，ZTF）在2019年9月发现该事件后，天文学家很快地把望远镜对准波江座上的一小片天空螺旋星系的中心。

▲2019qiz所在位置是一个螺旋星系的中心，距地球2.15亿光年。

　　当恒星被撕裂后，一些产生的碎片会像面条一样被拉长且变细，然后流入黑洞，研究团队所看到的闪焰，则是这些物质受到强烈的引力及摩擦后，被加热到超高温，以致于TDE可以暂时地超过主星系的亮度，天文学家借由观测多种不同波段的衰减程度，可以判断该系统的质量，这颗死亡恒星的原质量约与太阳相当，其超大质量黑洞大约是100多万倍太阳质量。

　　这项研究是TDE系列的最新突破，过去曾有一次逃离死亡的恒星纪录，而这次的2019qiz则是完全死透了，为人类提供了更为鲜明的样本，甚至可媲美为TDE的罗塞塔石碑，该论文发表于皇家天文学会月报。（编译/台北天文馆研究组技佐许晋翊）

资料来源：Science Alert

天文学家发布视频 记录黑洞撕裂恒星瞬间

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　2020的诺贝尔物理奖揭晓，其中一半颁给英国数学物理学家Roger Penrose，因其发现黑洞的形成是广义相对论的有力预测。而另一半则由德国天文学家Reinhard Genzel及美国天文学家Andrea Ghez，因发现银河系中心的超大质量黑洞。

　　当大质量恒星到演化终点，首先引发超新星爆炸，接着塌缩成非常致密的黑洞，其引力强大到连光都逃不出去。要产生黑洞，必须把太阳压缩到3公里小。黑洞是宇宙中最奇特的物体，连爱因斯坦都不相信它真的存在。而Roger Penrose发明了精巧的数学方法来演绎广义相对论，并推论出黑洞的形成和性质。他在1965年所发表的论文，对广义相对论有极重要的贡献。

　　Roger Penrose提出囚陷曲面（trapped surfaces）这个描述黑洞的数学工具，在其内的光线都指向黑洞中心。借此他证明黑洞中心存在奇异点，时间和空间都会在此消失，而已知的物理定律都无法适用。一旦穿越黑洞的事件视界（event horizon）就不能回头，随着时间流逝所有东西都将掉进奇异点。在广义相对论中，时间和引力有着密切关系，对在地球上的人来说，脚底下时间的流逝比头顶慢一兆分之一秒（GPS定位就是根据此原理）。当你跨越超大质量黑洞的事件视界，并不会有奇怪的事情发生，但事件视界外的人将觉得你花无限久的时间跨越。我们无法看穿事件视界，黑洞的内部将被它遮住。

　　图说（左）：当大质量恒星因为自身的引力塌缩形成黑洞，所有经过事件视界的东西都会被抓住，连速度最快的光线也无法逃脱。在事件视界，时间取代空间，随着时间流逝，所有的东西将被带向靠近黑洞中心的奇异点。奇异点的密度无限大，时间和空间在此终结。图说（右）：光锥顶点代表现在，箭头指向代表时间方向，而固定时间的平面代表的是空间。未来光锥的范围，是指光从现在起可以传播的范围。由于物体移动不会超过光速，因此其移动的轨迹都包含在光锥的范围里。理论预期当物质塌缩形成黑洞，在事件视界内的光锥其时间方向指向黑洞中心。事件视界外的观察者，只能见到光线慢慢往事件视界推进而不会到达。

　　虽然无法看穿黑洞，但我们可借由观测它的强大引力对附近恒星运动的影响，来了解它的性质。Reinhard Genzel和Andrea Ghez各自带领研究团队，利用红外线波段来穿透众多星际气体和尘埃，并使用大口径望远镜，对银河系中心的人马座A*进行长期的研究。追踪银河中心的亮星运动轨迹，发现在离中心约1光月的地方，有看不见的大质量物体，拉着恒星快速绕转。其中一颗星（S2）花16年绕转银河系一圈，提出可靠证据，显示在人马座A*附近有超大质量黑洞，约4百万倍太阳质量，挤在仅太阳系尺度的空间里。他们持续不断的研发和精进技术，制造独特的仪器，例如提高感光元件的灵敏度、根据大气扰动自动校正镜面等，使解析度提高了上千倍，得以精确决定恒星的位置。Reinhard Genzel和Andrea Ghez的前瞻性研究，开创了新一代验证广义相对论的方法。

　　今年的诺贝尔物理奖，揭露了宇宙最黑暗的角落。这是一个全新的开始，当我们望向黑洞的视界，大自然会向我们揭露更多的惊喜。

资料来源：THE NOBEL PRIZE

发布单位：台北市立天文科学教育馆

Sgr A *是银河系中心的超大质量黑洞（图中以X表示），周围是一群以极快速度运动的恒星。

　　在我们银河系的中心是一个巨大的黑洞，名为人马座A *（Sgr A *），大约是太阳质量的四百万倍。由于它如此巨大，造成的引力效应是极端的，借由观察它附近的恒星就能探测到。围绕Sgr A*旋转的是一些恒星（以及一些神秘的物体），它们以令人眩晕的速度移动。

　　天文学家刚刚发现了移动最快的恒星，一颗新发现的名为S4714的恒星绕超大质量黑洞人马座A *旋转。S4714在轨道上的飞行速度约为光速的8%，达到了每秒2万4,000公里的惊人速度。S4714只是目前被发现掠过Sgr A*的恒星群中的一颗，它的轨道比之前发现的任何恒星都要近。先前的研究已经发现数十颗恒星在极不寻常的轨道上围绕着超大质量黑洞运行，这群恒星统称为S星，其中一些恒星的轨道离黑洞非常近，因此很难被发现，我们可以使用它们来探测它们所绕行的巨大不可见天体的属性。

　　这一发现不仅表明在我们银河系超大质量黑洞周围还有更多的恒星，为我们提供了早期提出的一种恒星类型的第一批候选恒星—那些离黑洞如此近的恒星，它们被潮汐力“挤压”（squeezed），也被称为squeezars。

　　这项研究已经发表在《天体物理学期刊》（the Astrophysical Journal）上。（编译/台北天文馆研究组吴典谚）

资料来源：Science Alert

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　天文学家使用阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列（ALMA），在毫米波段发现银河系中心（Sgr A *）有奇异的“眨眼”闪烁。研究小组认为这是绕着超大质量黑洞旋转的光源所造成，可提供研究重力时空现象。

　　论文发表者日本庆应义塾大学研究生Yuhei Iwata表示：先前已知Sgr A *有时会在毫米波段发生爆发。这次使用ALMA观测Sgr A *，获得长达10天每天70分钟的高品质观测数据。结果发现了两种现象，一是典型为30分钟的准周期变化和长达一小时的缓慢变化。

　　天文学家相信质量为400万太阳质量的超大质量黑洞位于银河系中心，而且在毫米波、红外光和X射线波段都曾经观察到Sgr A *的闪焰。但是，ALMA这次所检测到的强度与时间变化远小于先前观测到的。研究小组认为30分钟的变化周期与吸积盘最内缘约为半径0.2天文单位的轨道周期相当。由于黑洞的质量非常巨大，所以此距离的相对论性重力效应极强。发生闪焰的原因可能是热点零星地在吸机盘中形成，围绕黑洞盘旋转并发射出强大的毫米波。根据爱因斯坦的相对论，当光源以接近光速的速度朝向观察者移动时，其辐射会放大。由于吸积盘内边缘的旋转速度非常快，因此效果极为强烈，这就是Sgr A *的毫米波段发生短期变化的原因。这种现象可能会影响事件视界望远镜（Event Horizon Telescope）制作超大质量黑洞的图像，毕竟物体运动越快越难拍摄清晰的影像，但也可能告诉我们黑洞的行为以及周围气体如何聚集。相关论文发表在Astrophysical Journal Letters期刊。（编译/台北天文馆李瑾）

资料来源：Science Daily