天文学家首次瞥见了长期预测存在于银河系中心的黑洞群。
科学家们早就知道，我们银河系的核心拥有一个质量是太阳数百万倍的超大质量黑洞，并且这个庞然大物被各种较小的伴星所包围。普通恒星被其引力束缚，像飓风中的萤火虫一样围绕着这个巨大的黑洞飞舞。中子星和白矮星等天体物理学上的奇异天体也是如此——它们是普通恒星死亡后留下的残骸。据推测，黑洞也应该在那里，要么是在银河系中心附近由大质量恒星死亡而诞生，要么是通过从更远的地方迁移而来。
这些黑洞每个的质量应该比我们的太阳大10到20倍。这种体积会使它们表现得有点像沉重的卵石，比细沙更快地沉到井底，在较轻的周围恒星中穿梭，到达非常靠近银河系核心的稳定轨道。自20世纪70年代以来，研究这一过程的理论家预测，银河系中心将聚集着数千个黑洞，并以一个外部“尖端”为界，超过这个尖端，黑洞的数量应该骤降。但是，尽管预测它们很普遍，但这些黑洞非常黑暗和静止，以至于它们几乎无法被探测到，因为银河系中心的光彩夺目——至少，直到现在。
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利用美国国家航空航天局（NASA）钱德拉X射线天文台12年的档案数据，由哥伦比亚大学天体物理学家查尔斯·J·海利领导的一个团队在银河系中心几光年范围内，在我们银河系超大质量黑洞的引力范围内，发现了十几个潜在的黑洞。该团队推测，这些一定是长期以来理论预测的尖端的首批观测迹象。根据这12个系统的辐射和空间分布，该团队估计应该有10,000到20,000个这样的天体围绕我们银河系的核心旋转，其中大部分是看不见的。从对比的角度来看，除了这新发现的十几个黑洞外，科学家们在整个银河系中只识别出大约60个黑洞，而且除了少数几个外，都远离银河系中心。这些发现发表在2018年4月《自然》杂志的一篇论文中。
这项研究似乎证实了理论家（如加州大学洛杉矶分校的天体物理学家马克·莫里斯）的预测，他在1993年撰写了一篇关键论文，预测数以万计的恒星质量黑洞将在银河系中心周围形成一个圆盘。几十年来，其他解决这个问题的理论家也得出了类似的估计。“关于这个想法从来没有太大的争议，因为这只是简单牛顿动力学的一个必然结果，”莫里斯说。“唯一的问题是，真的很难证明这一点。”
“在银河系中心找到大量黑洞的证据证实了银河系动力学的一个基本和重要的预测，”海利说。“这些天体也为我们提供了一个独特的实验室，可以了解大黑洞如何与小黑洞相互作用，因为我们无法轻易地在其他更遥远的星系中研究这些过程。”
海利和他的团队使用了钱德拉数据，因为银河系中心的黑洞应该最容易通过X射线看到，X射线是在黑洞与一颗低质量恒星形成双星系统并吞噬其捕获的伴星时产生的。
在黑洞引力的吸力下，恒星的外层将堆积在黑洞的口部外，形成一个螺旋状的、稳定发光的光盘。从地球附近观察，这些光盘发出的强烈X射线辐射将极其微弱，每隔五到十分钟才向钱德拉的光学器件发送一个光子。这些微弱的辐射也将与银河系中心的许多其他X射线源混合在一起。为了确定他们十几个候选者的性质，海利的团队绘制了它们的光谱峰值，并跟踪了它们随时间变化的活动，发现了与之前在银河系其他地方观测到的双星黑洞辐射一致的模式。银河系中心必须有数以万计的黑洞这一事实源于这样一种观念，即这些天体只有极少数会伴随一颗恒星使其发光——大多数将保持孤立，成为看不见的单身星。
莫里斯称这项工作“令人兴奋”，但指出，由于分析中使用的光子总数非常少，在12个假定的黑洞中，有些可能实际上仅仅是统计上的偶然事件，是由其他来源的巧合定时发射产生的。海利也承认，在探测到的十几个源中，他确信只有一半是黑洞——其余六个，他说，表现出的行为也可以解释为来自快速旋转的中子星（称为毫秒脉冲星）的辐射。
尽管存在这种不确定性，但巴塞罗那大学未参与这项研究的天体物理学家霍尔迪·米拉达-埃斯库德表示，研究结果应该对未来的研究产生深远的影响。“像这样的发现总是会产生我们目前无法预测的后果，”他说。“如果得到证实，这些黑洞的存在表明，类似的浓度应该存在于宇宙中大多数星系的中心。”这种证实可能来自未来十年钱德拉的额外观测，或者来自钱德拉提议的继任者，一个名为Lynx的空间望远镜的研究，美国国家航空航天局正在研究该望远镜的潜在开发和在2020年代或2030年代发射的可能性。
研究引力波的科学家可能会从进一步研究隐藏在银河系核心的黑洞中获益最多。这些时空中难以捉摸的涟漪是阿尔伯特·爱因斯坦一个多世纪前预测的，直到最近才被观测到，迄今为止的大多数探测都追溯到数十亿光年外合并的黑洞。神秘的是，这些黑洞中的大多数尺寸都不太合适，看起来太大，无法直接从垂死的巨型恒星中轻易形成。另一种解释认为，这些异常巨大的黑洞在全球状星团等恒星群中生长和合并，但这个过程很容易比宇宙的当前年龄需要更多的时间。“那么你如何得到这些东西呢？”莫里斯说。“已经有数百篇论文在推测这一点。但是，如果你在星系中心有黑洞群，那么就存在一些机制，通过这些机制，一些黑洞可以迅速生长，形成双星并相互合并。”
无论科学家们如何跟进这项发现，结果都将“确定像银河系这样的普通星系中心的黑洞数量，”海利说。“这将是非常宝贵的，特别是对于试图计算星系核心预期引力波事件的性质和数量的研究人员而言。天体物理学家需要的所有信息都在那里，在我们银河系的中心。”