撰文：保尔. 萨特                2023年4月14日

银河系中心的X射线云揭示了一个超大质量黑洞，可能还有其他更奇异的物体。（图片：ESA/XMM Newton/G.Ponti等人，2019，《自然》）

宇宙中最难以捉摸的黑洞不是大黑洞，也不是小黑洞。它们是中等大小的黑洞，一组天文学家提出了一种新方法，利用时空中的涟漪来寻找它们。

已知的黑洞有两种。有恒星质量的黑洞，其范围从太阳质量的几倍到几十倍不等。然后是超大质量黑洞，从100万个一直到500亿个太阳质量。

天文学家推测，可能有一些黑洞夹在这两个极端之间，被称为中等质量黑洞IMBH，其质量是太阳的几千倍。但有一个问题：尽管寻找了几十年，但我们还没有找到。因此，一组天文学家在预印本服务器arXiv.org上撰文，提出了一种寻找IMBH的新方法，利用黑洞穿过银河系中心的运动，在时空中产生的细微波纹。

天文学家迫切希望找到一个IMBH，因为它将帮助他们拼凑出黑洞的形成历史。就我们目前的理解而言，巨大的黑洞并不是这样诞生的。相反，它们一开始只是恒星质量的黑洞。然后，在数亿年的时间里，它他们吞噬掉了任何走得太近的碎片，他们也发现了黑洞彼此并融合，迅速膨胀到目前令人印象深刻的尺寸。这种快速增长表明，IMBH应该所剩无几，因为黑洞的大小只代表了，黑洞走向超大概率的一个暂时阶段。

然而，其他黑洞形成模型表明，IMBH实际上可能很常见，而且很难探测到。例如，星系核心的狭窄条件可能已经成熟，可以产生数千个大质量但不是超大质量的黑洞。但这些IMBH可能是隐藏的，因为星系中心的超大质量黑洞将主导我们的观测。

为了梳理出这些可能性，这项新研究的作者希望使用激光干涉仪太空天线（LISA），这是一种计划中的引力波探测器，欧洲航天局希望在2037年发射。该天文台将探测引力波，这是爱因斯坦首次预测的时空中的细微涟漪，当它们冲刷太阳系时。类似的地面天文台，如激光干涉仪引力波天文台（LIGO）和室女座天文台，已经在探测恒星质量黑洞的合并方面取得了巨大成功，但这些仪器对探测来自更大物体的信号所需的频率不敏感。

LISA将由三颗围绕太阳运行的卫星组成，这些卫星将不断监测它们之间的距离。当引力波来临时，卫星会检测到信号，就像海洋中的浮标识别经过的潮汐一样。

为了寻找IMBH，天文学家们不得不寄希望于幸运的突破。如果星系中心的IMBH恰好捕捉到一个漂移的稠密残余物（比如一个较小的黑洞、一颗中子星或一颗白矮星），这个过程将发射出LISA可能探测到的引力波。由于IMBH本身将围绕中心超大质量黑洞运行，这些引力波将由于IMBH的运动而发生多普勒频移（就像路过的救护车的频率偏移一样）。

如果有足够多的IMBH潜伏在我们的星系核中，那么这些无声的破坏行为可能会在引力波中留下微妙的特征。然而，所提出的方法远未完成：LISA只有在质量范围为1000至100000太阳质量的情况下才能检测到IMBH。可以肯定的是，这是一个漫长的过程，但它可能会奏效。