天文學家在2019年拍到了有史以來第一張黑洞的直接圖像，這要歸功於在黑洞中發光的物質。但許多黑洞實際上幾乎不可能被探測到。現在，另一個使用哈勃太空望遠鏡的團隊似乎終於發現了以前沒有人見過的東西：一個“隱形的”黑洞。這項研究已經在網上公布，並提交給《天體物理學雜誌》發表，但還沒有經過同行評議。
黑洞是大型恆星死亡后留下的東西，它們的核心塌陷。它們的密度大得驚人，引力如此之強，以至於沒有任何東西能夠快速移動以逃離它們，包括光。天文學家熱衷於研究黑洞，因為它們可以提供很多關於恆星死亡方式的線索。通過測量黑洞的質量，研究人員可以了解到恆星最後時刻的情況，當時它們的核心正在坍縮，外層正在被排出。
從定義上看，黑洞似乎是不可見的–畢竟它們是通過捕獲光線的能力而得名的。但是研究人員仍然可以通過它們與其他天體的互動方式來探測它們，這要歸功於它們強大的引力。數以百計的小黑洞已經通過它們與其他恆星的互動方式被探測到。
目前有兩種不同的方法來進行這種探測。在”X射線雙星”中–其中一顆恆星和一個黑洞圍繞一個共同的中心運行，同時產生X射線–黑洞的引力場可以從它的同伴那裡拉出物質。這些物質繞着黑洞轉，在轉的過程中通過摩擦升溫。熱的物質在X射線中發出明亮的光芒，使黑洞變得“清晰可見”，然後被吸進黑洞並消失不見。研究人員還可以探測到成對的黑洞，因為它們合併在一起，向內旋轉併發出短暫的引力波閃光，這是時空的漣漪。
然而，有許多“流氓”黑洞在太空中漂移，沒有與任何東西互動–這使得它們很難被發現。這是一個問題，因為如果人們無法探測到孤立的黑洞，那麼就無法了解它們是如何形成的，也無法了解它們來自的恆星的死亡情況。
為了發現這樣一個不可見的黑洞，科學家團隊不得不在數年內結合兩種不同類型的觀測。這一令人印象深刻的成就有望為尋找以前難以捉摸的一類孤立的黑洞提供新的途徑。
愛因斯坦的廣義相對論預言，大質量天體在經過它們時將會彎曲光線。這意味着，任何經過非常接近無形黑洞的光線–但還沒有接近到最終進入黑洞的程度–將以類似於光線通過透鏡的方式被彎曲。這被稱為引力透鏡，當一個前景天體與一個背景天體對齊，使其光線彎曲時，就可以發現。這種方法已經被用來研究從星系團到其他恆星周圍的行星的一切。
這項新研究的作者在尋找黑洞的過程中結合了兩種類型的引力透鏡觀測。開始時，他們發現來自一顆遙遠的恆星的光線突然放大，短暫地使它看起來更亮，然後又恢復正常。不過他們看不到任何通過引力透鏡過程導致放大的前景天體。這表明該天體可能是一個孤立的黑洞，這在以前是從未見過的。問題是，它也可能只是一顆微弱的恆星。
要弄清楚它是一個黑洞還是一顆暗淡的恆星需要大量的工作，這就是第二類引力透鏡觀測的作用。作者們用哈勃重複拍攝了六年的圖像，測量這顆恆星在其光線被偏轉時似乎移動了多遠。
最終，這讓他們計算出引起透鏡效應的天體的質量和距離。他們發現它的質量大約是太陽的七倍，位於大約5000光年之外。一顆這麼大、這麼近的恆星對我們來說應該是可見的。由於看不到它，研究人員得出結論，它一定是一個孤立的黑洞。
用哈勃這樣的天文台進行那麼多的觀測並不容易。這台望遠鏡非常受歡迎，而且有很多人在競爭它的時間。考慮到確認這樣一個天體的難度，你可能會認為找到更多天體的前景並不樂觀。幸運的是，歸功於新一代的設施，包括正在進行的蓋亞調查，以及即將到來的維拉-魯賓天文台和南希-格雷斯-羅曼太空望遠鏡，所有這些都將以前所未有的細節對大片天空進行反覆測量。
這對天文學的所有領域都將是巨大的。對如此多的天空進行定期的、高精度的測量，將使天文學家能夠大規模地研究那些在非常短的時間尺度上發生變化的事物。天文學家將以新的方式研究諸如小行星、被稱為超新星的爆炸恆星和其他恆星周圍的行星等各種事物。