宇宙中黑洞间交织的时间会是怎样的？

引力波对天体运动影响甚微？并非如此

实际上，黑洞在宇宙中并不是完全静止，他们会运动，而且运动的相当活跃。不过，因为他们的看上去完全漆黑一片让我们无法对他们进行直接的观测，这也使黑洞的研究不那么容易。最终，科学家门终于找到了两个巨型黑洞随着时间推进的位置变化关系，这也揭示了黑洞这样神秘天体的许多神秘特性。

在OJ 287星系有着一个我们目前所知最大的黑洞——质量等同于太阳的180亿倍，而在这庞然大物周围也环绕着另一个质量等同于15亿个太阳的黑洞。每隔12年，较小的黑洞就会两次与较大黑洞周围巨大的气环发生碰撞。碰撞产生了比一万亿颗恒星、甚至比整个银河系还要明亮的光，不过这样的闪光花费了35亿年才抵达地球。

不过，这两个黑洞中较小的黑洞轨道并不是标准的完全的圆形，而是不规则的椭圆：随着每一圈围绕着较大的黑洞旋转，较小的那个黑洞会相对于气盘发生倾斜，改变它的位置。当较小的黑洞与气盘发生碰撞，这样的碰撞会产生两个不断膨胀的气泡。气泡会朝着碰撞的相反方向远离气盘，并且在48小时内，这个黑洞系统的亮度会增加四倍。

正因为这个黑洞系统的轨道是不规则的，在过去12年间，这两个黑洞在不规则的时间段发生碰撞——两次闪光间的时间差有时长达十年，又有时仅仅只有一年。因为闪烁的间隔时间长，为这个黑洞系统建立模型并对碰撞发生的闪光进行预测所花的时间，可能长达数十年。不过所幸，科学家们在2010年完成了对这个黑洞系统的建模，并以1-3周的误差成功预测了闪烁发生的时间，例如他们在2015年成功以三周的误差预测了闪烁的发生。

之后，由印度塔塔基础研究院的硕士生兰克斯瓦•戴伊带领的科学团队，于2018 年发布一篇论文指出他们有一个更加强大的模型能够以最多四小时的误差这个黑洞系统的闪烁。最终，这个科学团队在《天体物理学报通讯》中发布了他们的预测数据，并成功预测了于2019年7月31日的黑洞系统闪烁。

对于大多数望远镜来说，几乎是不可能观测这个黑洞系统的闪烁的，因为OJ 287在大多数时候位于相较于地球的太阳背面，因此整个闪烁过程常常都不在这些望远镜的观测范围内。但是幸运的是，美国航空航天局的史匹哲太空望远镜（已于2020年1月停止服役）正好能够观测到这个黑洞系统。

在经过16年的操控于调整，这个太空望远镜的轨道最终坐落在了相距地球254亿公里（158亿英里）的位置，相当于地月距离的600倍。在这里，OJ 827黑洞从 7月31日（正是印度研究团队预测的闪烁发生的那一天）到九月上旬正好在望远镜的观测范围内。

“当我第一次发现OJ 287黑洞处于望远镜的视野中时，我惊讶的发现这天正好是预测中闪烁即将发生的时间，”在位于加州帕萨迪纳市加州理工学院的IPAC研究团队（这个研究团队与美国航空航天局、喷气动力实验室、美国国家科学基金会合作以更先进的方式探索宇宙）助理科学家赛伯•莱恩说到，“能够观测到这个黑洞系统的闪烁真的非常幸运，因为当时除了史匹哲太空望远镜以外，没有其他的人造观测设备能够有幸观测到闪烁。”赛伯•莱恩在团队里负责审视望远镜的观测数据。

宇宙空间中的涟漪

科学家们会定期对宇宙中的小型天体建立模型，尽可能的考虑到影响他们轨迹运动的所有因素（这样才能使模型更精确），比如环绕太阳运动的彗星。对于这些彗星，尽管太阳的引力确实是它最主要受到的力，但它的轨道周围天体引力对它轨道的影响也是不可忽视的。

相较于对这些小行星的运动轨迹进行建模预测，巨大的黑洞模型显得复杂了太多。在对OJ 287黑洞系统的建模过程中，科学家们必须留意那些对小行星来讲不值一提的影响，否则结果将会千差万别，尤其是引力波。爱因斯坦相对论提出，引力的本质实则是空间被物体的质量扭曲。当物体在空间中运动，这种扭曲就呈现出了波的性质。引力波的理论是爱因斯坦于1916年提出的，但相距它被我们观测到有足足近100年，它被激光干涉引力波天文台（LIGO）于2015年正式观测并证明。

更大的天体就意味着会产生更强的引力波。在OJ 287黑洞系统中，科学家认为质量大的黑洞有足够的质量产生足够强的引力波，以至于这束引力波能够明显改变较小黑洞的运动轨道，也意味着能够改变闪烁的时间。

尽管此前，许多研究已经证明了，OJ 287黑洞系统会受到引力波的显著影响，但是只有2018年提出的这个模型能够很好的诠释引力在黑洞之间的作用。这个模型整合了激光干涉引力波天文台的观测数据，将对闪光预测结果的误差缩小到了15天。

这个模型又经过了之后的调试优化，将较大黑洞的许多物理特征纳入考虑，尤其是所谓的黑洞“无毛”定律，将误差进一步的缩小到了4小时。

“无毛”定律是由一个史蒂芬·霍金在内物理学见团队提出。因为黑洞的特性，它并没有我们认为的“表面”，仅有一个看不见摸不着的边界——一旦跨越边界，一切，甚至光速都无法逃脱黑洞。很多猜测提出，撕裂边界，也就是我们所说的黑洞边界，应该是不平整、不规则的。但是，霍金团队提出的“无毛”定律则提出，这个边界并非如此，而应该是平整的，甚至是“连一根毛”都没有，这也是为什么这个定律被称为“无毛”定律。

换句话说，如果在黑洞的中轴线上切一刀，那么被切开的两部分会是对称的，正如我们的地球那样，当我们将地球从北极到南极切一刀，那么东西两边应该是几乎对称的，当然这要建立在忽略掉地球表面跌宕起伏的前提下。

探索“无毛”定律

在上世纪70年代，加州理工学院名誉教授教授基普·索恩讲解了如何通过环绕着巨大黑洞的卫星证明宇宙的边缘究竟是粗糙还是平整。而在OJ 287黑洞系统中，以“无毛”定律为基础建立的模型能够准确的预测其中较小黑洞的运动，进一步的印证了对这一宇宙奇妙天体特性的猜想是正确的——它肯定了黑洞相对于其旋转轴的对称性。

那么，“无毛”定律又是如何影响较小黑洞的轨道随时间的变化呢？事实证明，较小黑洞的轨道变化很大程度的依赖于较大的黑洞。如果较大黑洞的体积或质量变化将改变较小黑洞的轨道的半径。不仅如此，较大黑洞的质量分布也很重要。想象一下，如果较大黑洞一侧的凸起，凸起处更大的质量会对时空造成不同的扭曲，改变较小黑洞的回道路径，从而造成与较大黑洞气盘的碰撞。

“证实或者推翻‘无毛’定律对研究黑洞的科学家们至关重要，”芬兰图尔库大学的天文物理学家毛利·瓦尔托宁和另一个论文协作家称，“若无法得知其正确与否，我们将完全无法相信霍金提出的那些假想黑洞，甚至其他的黑洞。”

最开始，超级黑洞出现在爱因斯坦广义相对论中，现如今，只存在于基础理论中的超级黑洞真正的出现在大家眼前。而最近，超级黑洞又变成大家话题讨论，由于在1891年就被发觉的OJ287相片中，天文学家发觉实际上它是一个伴星超级黑洞，也就是2个超级黑洞构成了一个平稳的健身运动均衡。

要了解，超级黑洞是一种相对密度极大的星体，因而它能够有着十分可怕的诱惑力，能够吞食一切挨近它的化学物质，乃至是光源和时间。超级黑洞既然连光源都能够吞食，那么人们是怎样发觉它的呢？何况，它还是一个伴星超级黑洞系统软件。此次科学研究工作人员发觉的超级黑洞间距地球上35亿光年，其容积较为大，紧紧围绕它自转的一个超级黑洞容积略微小一点。

实际上，人们最开始观察到超级黑洞并并不是由于看到了超级黑洞自身。由于超级黑洞没有光源的反射面，因此 它非常好地融进到宇宙空间中。但是，超级黑洞的外场却拥有 不一样的界面，在超级黑洞外边拥有 一个吸积盘。这一吸积盘拥有 强力吸引力，因此 宇宙空间的浮尘都是会挨近超级黑洞，而且在超级黑洞周边产生一个平稳的均衡。当光源照射吸积盘之后便会显出色调，人们便是根据这一发觉了超级黑洞。

而此次发觉的伴星超级黑洞实际上也幸运，要了解吸积盘OJ287中的蝎虎座BL型星体很早以前早已被人们分类，但太空望远镜好运的捕获了超级黑洞周边吸积盘的出现异常，其色度出现了十分古怪的转变。因此，历经很多的观察和剖析后，科学研究工作人员发觉原先这是由于另一个超级黑洞越过吸积盘导致的色度出现异常。

宇宙中已知最大的黑洞是Ton618，位于猎犬座。

在OJ287类星体中，较大黑洞的重力场作用导致小黑洞的运行轨道出现难以置信的倾斜39度，这种作用显著地影响小黑洞碰撞大黑洞的周边物质。

据天文观测统计，OJ287类星体共有十余次出现爆发性的明亮现象，芬兰图尔拉天文台，莫里·瓦尔顿恩领导的天文小组，对小黑洞的运动等级比率进行了测量分析，他们依据小黑洞的环绕轨道周期，推算较大的黑洞的质量大概是太阳的180亿倍。

黑洞的成因

黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程：某一个恒星在准备灭亡，核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。

但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，连中子间的排斥力也无法阻挡。中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的引力，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。

黑洞是完全黑暗的天体，天文学家无法使用光学望远镜观测到黑洞，由于黑洞本身难以观测，黑洞的碰撞更加难以观察。

然而NASA公布的一项观测数据，认为加利福尼亚州的帕洛玛天文台，可能观察到黑洞合并产生的光学信号。

寻找黑洞、发现黑洞合并，一直以来都依靠引力波——引力波是爱因斯坦广义相对论提出的空间涟漪，黑洞或中子星之类的超大质量天体碰撞，可能会产生巨大的引力波。引力波在2015年得到证实，成为人类探索宇宙的新方法。

黑洞相撞，为什么会产生光信号？

黑洞拥有巨大的引力，光线也很难逃脱黑洞，因此天文学家无法直接观测到黑洞合并的现象，只能通过黑洞合并后产生的种种迹象，推测黑洞合并的可能性。

黑洞合并首先会产生强大的引力波现象，这种强大的引力波甚至可以波及到整个宇宙，然而引力波非常弱，靠近黑洞合并区域的引力波或许可以撕裂天体，但是距离黑洞合并区域10公里，就很难感受到引力波。

此次科学家在观察到光信号之前，很多天文观测站都提前检测到引力波，并且将该事件定性为黑洞相撞合并，撞击事件命名为GW190521g。

在确认到引力波事件后，帕洛玛天文台使用特殊的观测设备，观测到来源于该区域的光学信号，科学家认为该光学信号，很有可能来源于黑洞相撞。

虽然黑洞本身不会产生光信号，黑洞的巨大引力也很难让大量的光信号向外界传播，但是黑洞相撞也会引起周围的引力异常，进而让围绕黑洞的各种物质发生碰撞，产生光信号。

帕洛玛天文台发现的光学信号，很有可能是黑洞附近的天体撞击产生。黑洞拥有巨大的引力，在黑洞周围，往往会聚集较多的物质。当两个黑洞合并相撞时，黑洞在形成双星系统的同时，周围的物质也会出现频繁的撞击，进而产生光信号。

可见光将成为引力波的证据之一：

黑洞合并会产生引力波，科学家一直在寻找相关证据。

如果此次可见光确实是黑洞合并产生的光信号，并且科学家也检测到引力波现象，那么就可以作为黑洞合并产生引力波的证据之一。

光信号是人类探索宇宙最直接的方式，可以直接观察宇宙，获得自己需要的信息。

黑洞作为人类物理学的极限天体，拥有很多谜团，而且也非常难以观测。能够利用光学信号观察到黑洞或黑洞的各种事件，可以帮助科学家更快破解黑洞的各种谜团。

宇宙中十大黑洞排名：M87、萨格勒斯A、NGC4889、OJ287、Ton618、APM08279＋5255、HE0109-3518、A2261-BCG、Q0957＋561、PKS0745-191。

1、M87

M87是目前已知最巨大的超大质量黑洞，位于室女座中心的椭圆星系M87中。它的质量约为680亿个太阳质量，直径达到了425亿公里。由于距离地球太远，我们无法直接观察到它，但是可以通过它旁边的物质运动轨迹来间接观测。

2、萨格勒斯A

萨格勒斯A是位于银河系中心的超大质量黑洞，质量约为4百万个太阳质量。它是恒星团中心的重心，吸收着周围的物质。尽管距离地球很近，但它被银河系中的气体云层遮挡，难以直接观测。

3、NGC4889

NGC4889是一个长宿命椭圆星系，也是一个大型普通星系和连续星系的成员。它包含了一个超大质量黑洞，它的质量约为20亿个太阳质量。这个黑洞是由前代星系合并创造的，现在已经变成一个普通的椭圆星系。

4、OJ287

OJ287是一个双重系统，包含一个质量大约为1亿个太阳的小星系和一个质量为1亿个太阳的黑洞。该黑洞非常活跃，周期性地喷发物质。它的喷发已经持续了至少一百万年。

5、Ton618

Ton618是一个非常大的类星体，包含一个质量约3亿个太阳的黑洞。这是目前已知质量最大的恒星质量黑洞。它还包含许多发出强光和射电波的物体。

6、APM08279＋5255

APM08279＋5255是一个类星体，包含一个超大质量黑洞和一个伴星系。它的质量约为2亿太阳质量。它是从一个遥远的星系中收集物质而成的，现在已经成为一个活动的类星体。

7、HE0109-3518

HE0109-3518也是一个非常活跃的类星体，包含一个质量为1亿个太阳的恒星质量黑洞。它的活动在1988年被发现，是本德电台天文台观测到的。

8、A2261-BCG

A2261-BCG是一个之前未知的超大质量黑洞。它位于一个正在合并的星系群中心，并且具有极高的质量。它的质量尚未确定，但是科学家们估计它应该在数十亿太阳质量以上。

9、Q0957＋561

Q0957＋561是一个类星体，包含一个质量约1亿个太阳的黑洞。它是由两个星系合并而成，现在已经形成了一个嵌套的星系结构。它的黑洞非常活跃，喷发物质随时可能打破这个平静的星系。

10、PKS0745-191

PKS0745-191是一个巨大的类星体，包含一个质量约1、5亿个太阳的黑洞。它被认为是现代天文学中最重要的类星体之一，可以帮助我们研究黑洞和相对论等相关物理学问题。

—黑洞

天文学家宣称，宇宙中质量最大的黑洞现已探测到，其质量是太阳的180亿倍。同时，通过在这个巨大黑洞旁的小型黑洞的观测，天文学家用较强的重力场作用现象证实了爱因斯坦的相对论。

这个宇宙最大黑洞是之前天文学所记录最大黑洞的6倍，它的质量很大，相当于一个小型星系，它距离地球35亿光年，形成于OJ287类星体的中心位置。类星体是一种极端明亮的星体，它的物体将持续螺旋状进入一个大型黑洞并释放大量辐射线。然而，十分特殊的是，OJ287类星体包含着两个黑洞，除此之外还有一个质量略小的黑洞，这样的星体组合使天文学家能够更为精确地对宇宙中最大的黑洞“量体重”。

这个较小黑洞的质量是太阳的1亿倍，环绕着较大黑洞运行着，其每次运行一个周期需要12年时间。两个黑洞之间距离很近，小黑洞环绕一周时能两次与大黑洞周边物质发生挤压碰撞，每次碰撞都会导致OJ287类星体突然地变得明亮起来。在爱因斯坦的相对论观点中，小黑洞运行时自身会旋转着，或产生推进力，这样两个黑洞之间的距离将越来越近，这种现象还存在于太阳系与水星轨道之间，尽管水星轨道的作用比率较低。

在OJ287类星体中，较大黑洞的重力场作用导致小黑洞的运行轨道出现难以置信的倾斜39度，这种作用显著地影响小黑洞碰撞大黑洞的周边物质。据天文观测统计，OJ287类星体共有十余次出现爆发性的明亮现象，芬兰图尔拉天文台莫里·瓦尔顿恩领导的天文小组对小黑洞的运动等级比率进行了测量分析，他们依据小黑洞的环绕轨道周期，推算较大的黑洞的质量大概是太阳的180亿倍。

瓦尔顿恩指出，之前天文学家们也评估观测到其他双子黑洞具有大质量，但是这些黑洞具体的质量大小很难得以确定。这是因为对黑洞周围的气态云的速度估测不准，并不清楚这些气态云是否仅仅与黑洞擦肩而过还是气态云是否环绕着黑洞。然而，美国宇航局戈达德太空飞行中心的托德·斯特罗迈耶称，他并不确信瓦尔顿恩研究小组能够真实地测量出OJ287类星体较大黑洞的质量。他在接受《新科学家》杂志记者采访时说，“这是因为仅有十几次高精度测量的爆发性明亮现象很难测定是否这种小黑洞运动特征与爆发性明亮现象有直接关系，明显地，如果依据这一理论爆发明亮现象并发连续性出现，那么对于大黑洞质量的测定则别有定论。”

究竟黑洞有多大呢？美国德克萨斯州大学克雷格·惠勒称，黑洞的大小取决于其围绕物质区域有多长，以及黑洞为了生长吞噬宇宙物质的速度有多快？

目前已知的宇宙最大的黑洞是SDSS J0100+2802，其质量约为4280亿个太阳质量。而银河系的质量约为2000亿个太阳质量，因此SDSS J0100+2802比银河系还要大得多。不过需要注意的是，宇宙中仍有很多尚未被探测到的黑洞，因此我们并不能排除其他更大的黑洞存在的可能性。