两个团队在银河系的旋臂中发现了这个紧凑的恒星物体，它直接根据广义相对论的原理确定了它的质量和速度。
艺术家描绘的一个在银河系中游荡的恒星质量黑洞孤立
科学家们发现了第一个在我们银河系中游荡的流氓黑洞。使用哈勃太空望远镜，该团队不仅探测到了这个流氓物体，还直接测量了它的质量 —— 这是研究人员过去只能推断出来的。
这个恒星质量黑洞位于银河系船底座-人马座旋臂中，距离地球约 5,000 光年。通常，这些天体都有伴星，但只有这一颗。
两个团队使用哈勃数据进行发现：一个团队由马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的天文学家 Kailash C. Sahu 领导；另一个由加州大学伯克利分校的 Casey Lam 领导。
“我们的银河系中应该有大约 1 亿个黑洞，其中很大一部分应该是孤立的，”太空望远镜科学研究所的天文学家兼其中一个小组的负责人 Kailash C. Sahu 告诉 Live Science。 “然而，到目前为止，还没有发现一个孤立的黑洞。”
萨胡的团队确定这个天体游牧民族的质量是太阳的七倍。黑洞还以大约 100,800 英里/小时（162,200 公里/小时）的速度行进—— 表明它是由创建它的过程以极快的速度发射的。
当一颗质量约为太阳 20 倍的巨星耗尽核燃料时，它就会坍塌。这个过程会产生中子星或黑洞以及超新星爆炸。如果超新星不是完全对称的，它会给留下的恒星残骸一个“踢”，使它从周围的恒星盘旋而去。
“这个黑洞很可能从它的超新星爆炸中得到了‘天生的冲击’。我们的质量测量是第一次使用任何技术对孤立的恒星质量黑洞进行质量测量，”萨胡说。
萨胡说，由于恒星黑洞不发光，天文学家使用一种称为天体测量或引力微透镜的技术来寻找它们。
由介入的恒星质量黑洞的引力透镜效应引起的背景恒星的位置偏移和变亮。 （图片来源：NASA、ESA、K. Sahu (STScI)、J. DePasquale (STScI)）
“当一颗恒星或致密物体 — 透镜 — 几乎正好在背景恒星前面通过 — 源 — 前景恒星就像一个透镜。正如爱因斯坦的广义相对论所预测的那样，透镜放大了来自源的光并也稍微改变了源的明显位置，”萨胡说。 “黑洞对背景恒星的偏转提供了一种强大的方法，不仅可以检测孤立的黑洞，还可以精确测量它们的质量。”
然而，偏转非常小，以至于团队需要使用哈勃的高分辨率数据进行测量，萨胡说。”
迄今为止，地面望远镜已经探测到 30,000 个微透镜事件，科学家们已经利用这些事件来研究各种物体，如恒星、褐矮星甚至系外行星。然而，由黑洞引起的微透镜事件比由其他物体引起的持续时间更长。
在这种情况下，被称为 MOA-11-191/OGLE-11-462 的微透镜事件被用于探测这个黑洞，哈勃在 2011 年至 2017 年之间监测了六年 — 可以进一步与透镜效应区分开来由于这样的恒星会导致来自背景光源的光的颜色发生变化，因此可以判断中间的恒星。团队在这次透镜事件中没有检测到颜色变化，这表明一个单独的黑洞是源。
广义相对论表明，光被偏转的程度取决于光源扭曲时空的程度。而这种翘曲 是由物体的质量决定的。用于说明这一点的常见类比是将不同质量的球放在拉伸的橡胶板上。球的质量越大，它产生的凹痕就越大。
因此，通过精确测量黑洞引起的偏转量，该团队得出了极其精确的质量测量结果。由于这个黑洞的引力效应，当没有大质量致密物体介入时，背景恒星的图像与它在天空中通常占据的位置偏移了大约 1 毫秒。这使得哈勃所做的测量相当于测量躺在月球表面的成年人距地球的高度。
两支天文学家小组使用哈勃太空望远镜测量了一个致密恒星残骸的质量，一个小组得出结论认为这是一个孤立的黑洞。 （图片来源：欧空局）
“我们还表明黑洞是单一的，在大约 200 个天文单位 (AU) [大约 186 亿英里] 范围内没有伴星，”萨胡说。 “我们的分析认为它没有成为中子星的空间。”
然而，另一组天文学家确定这个黑洞的重量在 1.6 到 4.4 个太阳质量之间。因此，第二组不能排除致密物体是中子星（质量比黑洞小的）而不是黑洞的可能性。
“尽管我们想说它绝对是一个黑洞，但我们必须报告所有允许的解决方案。这包括较低质量的黑洞，甚至可能是一颗中子星，”加州大学伯克利分校的天文学家杰西卡·卢说，她是第二个研究小组的成员。
但是，如果 Sahu 的团队是正确的并且这是一个黑洞，Lu 告诉 Live Science，它可以帮助确认天文学家和宇宙学家预测的银河系中这些物体的数量。
“我们研究了五个候选黑洞，但其中只有一个可能是黑洞，”她说。 “这告诉我们，我们的银河系中有大约 1 亿个黑洞。随着我们发现更多黑洞，我们可以更准确地确定黑洞的总数及其其他属性。”
萨胡说，新发现不仅依靠广义相对论证实了这个单独的黑洞的存在，而且还验证了爱因斯坦 1915 年的广义相对论或几何引力理论以及质量塑造和弯曲时空的概念。
“我对测量结果与模型的吻合程度感到惊讶和印象深刻，”他总结道。 “测量的偏转完全吻合，所以爱因斯坦是绝对正确的。”