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该图显示了一个黑洞在其上方和下方发射快速移动的等离子体射流 ， 物质在轨道盘中旋转 。 图源：美国宇航局戈达德太空飞行中心 。
研究黑洞的科学家可以放心 ， 他们研究的领域将年复一年地诞生令人惊奇、同时令人费解的新发现 。 不出所料 ， 2021年 ， 人们对这些奇怪的“引力野兽”有了许多新发现 。
【可怖的“引力怪兽”，它的秘密，你知道多少？】高速旋转的黑洞
即使是被研究得最好的黑洞也会产生新的惊喜 。 在二月 ， 物理学家修订了他们对位于天鹅座X-1星系中心的宇宙怪物的属性估计 ， 这恰好也是第一个被证实存在的黑洞 。 这个黑洞最初被发现于60年前 ， 2021年科学家发现 ， 天鹅座X-1黑洞的质量比先前所想的多50% ， 这将是太阳质量的21倍 。 它旋转的速度非常接近光速 ， 创造了黑洞自转速度的新纪录 。 这个天鹅座X-1里的黑洞位于7200光年外 ， 并且它在缓慢地吞噬一个蓝超巨星伴星 ， 这给研究者关于这一过程带来了新的理解 。
“意大利面化”的恒星
当一颗恒星漫步到黑洞边缘 ， 它会被引力拉成一股股的线 ， 然后被吸入黑洞的嘴里 。 这个过程被称为“拉面效应” ， 恒星物质通过摩擦升温并发光 ， 这让天文学家们有机会在它的光芒里捕捉到这种可怕的行为 。 在五月 ， 研究者们第一次捕捉到一颗恒星以这种方式被一个位于银河系中心距离地球7.5亿光年的质量是太阳的3000万倍的黑洞撕碎和吞噬 。 除了收集关于拉面效应的重要数据 ， 天文台们帮助科学家创造了难以置信的可视化恒星摄取途径 。
激光干涉引力波天文台（LIGO）证明霍金的猜想是正确的
电脑模拟出了两个黑洞相互螺旋时发出的引力波 。 （图源：C. Henze/NASA Ames Research Center）
六月 ， 研究者们用激光干涉引力波天文台观测到两个巨大的黑洞合并为一个整体 ， 并分析了黑洞在围绕对方高速旋转时产生的时空结构中的涟漪——引力波 。 他们发现 ， 最终合成的黑洞比原来的两个黑洞的总和还要大 。 除了提供惊人的数据外 ， 这些发现还有助于证明英国物理学家史蒂芬·霍金提出的被称为“黑洞面积定理”的猜想 。 霍金在该定理中指出 ， 黑洞的表面积是不可能随着时间推移而减小的 。 这是霍金根据爱因斯坦的广义相对论和他对熵的理解得出的定律 。 虽然这个结果宣告了霍金的胜利 ， 但它也让物理学家们头疼不已 。 根据量子力学 ， 黑洞应该可以收缩和蒸发 ， 因此尚不明确如何将表面积增加的事实与霍金的理论相匹配 。
黑洞与中子星合并
激光干涉引力波天文台在六月公布了一系列关于黑洞的发现 ， 当时与该设施合作的研究者宣布 ， 他们第一次确信他们观测到了黑洞与中子星的合并 。 与黑洞一样 ， 中子星也是恒星死亡后的一种归宿——如果恒星作为超新星爆炸并留下残留物 ， 它最终会演化成为中子星 。 虽然激光干涉引力波天文台先前已经看到了黑洞和中子星合并的潜在迹象 ， 但直到今年 ， 两个心发现才证明了这样的合并现象确实存在 。 两次探测都发生在2020年一月 ， 大约相隔十天 。 第一次 ， 一个大约六倍太阳质量的黑洞吞噬了一颗1.5倍太阳质量的中子星 ， 而第二次 ， 一个约九倍太阳质量的黑洞和一颗两倍太阳质量的中子星合并了 。
早期黑洞卷起风暴
位于星系中心的超大质量黑洞驱动的银河风的艺术概念图 。 黑洞爆发的巨大能量产生巨大的气体流 ， 将星际物质吹走 。 这些星际物质是形成恒星的材料 。 （图源：阿尔玛 (ESO/NAOJ/NRAO)）
几乎每一个已知星系的中心都有一个超大质量黑洞 ， 这也许说明这两者之间有着紧密的联系 。 但科学家们仍然不理解黑洞如何影响它的星系宿主 。 六月发表的研究展现了从1300万岁的星系吹出的高速风 ， 这个星系几乎和宇宙一样老 。 这是最早被探测到的星系风的例子 ， 这些风是超大质量黑洞吞噬周围的云气和星际尘埃后迸发的 。 不仅如此 ， 这些强力星系风的速度非常快 ， 高达180万公里每小时 ， 使它足以推动整个星系的物质 ， 这可能阻碍恒星的形成 。 这些事实都表明 ， 星系和他们其中的黑洞有十分紧密的联系 ， 并且从很久以前开始就存在了 。
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