導語：

黑洞作為宇宙中最神秘的天體，人們對於它們的研究一直在進行著。人們稱最初的猜想到後來的取得成果，中間經歷了哪些曲折的過程，

對於黑洞的研究是不是可以讓人們在對宇宙的研究中取得一個巨大的突破。

01

人們對於黑洞的認識

普諾羅斯教授透過這些研究證明

，黑洞是廣義相對論的必然結果，而引力坍縮則是大質量物體必然的命運；金澤爾和蓋澤爾發現了銀河系中心巨大的緻密體（也就是說，在銀河系中心有超大質量黑洞）的存在。

大質量黑洞的研究目前仍處於方興未艾的早期階段，

對於其形成、演化過程以及對宇宙演化的重要作用的研究才剛剛開始。

1、人們在研究中的成就

早在一百多年前，

哈佛大學Shapley教授就確定了星系中心的位置

，但直到60年代無線電天文觀測發現在星系中心地區存在強烈的射電輻射，這一發現才大大促進了對它的大規模研究。金澤爾和蓋澤爾都是儀器設計和觀測方面的專家，

他們有著長期堅持的專注品質

，並在學術上取得了今天的輝煌成就，這為我們觀察大質量黑洞在宇宙中的存在提供了最堅實的基礎。同時，作為星系的一部分，超大質量黑洞為未來探測星系的形成和演化、

測量宇宙大小和納赫茲低頻引力波提供了可能。

2、對於黑洞質量的測量

相對於中心星系的測量而言，

活動星系核的黑洞質量的測量更為簡單。在黑洞周圍有寬線區時，透過反射影象監測黑洞核心光譜的變化，可以得到寬射線的光變曲線和連續譜的光變曲線，

並可以判斷兩者之間的時滯

，從而得到寬輻射區的特徵尺度。實驗結果用物理模型和觀測資料擬合後，可獲得高精度的黑洞質量。

到目前為止，反射圖所顯示的150個活動星系核中的黑洞質量僅佔這些活動星系核質量的0.3%，許多研究還沒有完成。

3、對於黑洞的結論

在銀河系的中心有沒有大質量黑洞存在？

實際上，到目前為止，這個問題還沒有一個確切的答案

。從活動星系核（部分為雙黑洞）的比例以及活動星系核的演化來看，毫無疑問，在所有活動星系核中至少存在一個黑洞（部分為雙黑洞）。其次，在1998年，天文學家用哈勃望遠鏡觀測附近的星系，透過恆星動力學方法得到了30多箇中心黑洞的質量，他們很吃驚地發現黑洞的質量與星系核的質量成正比，

比例因子是0。黑洞和星系核就是這樣一起成長的

。這個例子令人困惑，因為兩者在規模上只有8-9個量級的差距，而且難以實現共同進化。的確存在一種機制可以保持這兩個過程同步。但在黑洞吸收和恆星形成之間，有107~108年的時滯

。對於黑洞活動的反饋機制是一個可能的過程，但是很難觀測到，而且目前還缺乏強有力的觀測證據。

事實上，

河外星系中心的黑洞質量測量精度很低，約為0.3dex

，其相對誤差為200%，因此關於共同演化的結論值得關注。這一粗粗的精確程度完全掩蓋了共同演化的具體細節，例如，107~108年的恆星形成和黑洞的活動之間是否存在因果關係？如果這些細節都能看清楚，

只要準確率大大超過50%，那麼如何高精度的測量黑洞質量就顯得尤為迫切。

02

宇宙的新尺度

能否建立一個獨立於現有測量工具的新方法？

具體地說，在已知的宇宙學天體中，只有類星體和活動的星系核才適合進行幾何測量。本文利用干涉波測量活動星系核寬線段的角標，反射波測量相應的角標，

並用幾何方法直接給出距離。

以歐洲南部天文臺的GRAVITY/VLTI光學干涉陣列為例，

3C273型光學干涉陣列首次實現了寬線區的幾何分解

，為實現幾何測距奠定了基礎。以距離和黑洞質量為參量，採用寬線區的空間分佈模型，透過對光變曲線和干涉訊號的完全擬合，可以同時得到這兩個重要參量。這種幾何方法有別於傳統的測距梯形法和宇宙背景輻射測量法。透過對黑體的輻照函式進行精確測量，

普朗克的“量子”概念得以揭示，只要哈勃常數能夠得到足夠精確的測量，

“暗能量”背後的新物理必然會被揭示出來。

Nano-GWs隨機背景輻射探測已初見端倪，

單CB-SMBHNano-GWs的探測是一項具有突破性的物理課題

，國際競爭十分激烈。但是如何證明CB-SMBHs目標的正確性卻是一個難題。搜尋和驗證必須分開進行，才能使盲搜尋成為有目標的搜尋。因為CB-SMBHs軌道週期較長，併合標高較高

，PTA觀測只能得到一段Nano-GWs波的波形片段，而不能獲得一段併合階段啁啾波的變化

。要檢測軌道的物理特性，還必須採用其他獨立的方法對軌道引數進行測量。

03

超大黑洞的兩種理論形成

在理論上，有兩種模式：

(1)最初的分子云直接崩塌，形成大質量黑洞；(2)種子黑洞透過由一個恆星黑洞形成的超愛丁頓吸積，

迅速成長為超大質量黑洞。值得注意的是，這兩種形成機制都無法解釋超大質量黑洞為何位於星系中心，

否則宇宙中將會有大量孤立的大質量黑洞存在。

銀河系中央黑洞的發現是物理學和天文學上劃時代的進步，

它的發現極大地激發了研究黑洞的興趣

。首先，超大質量黑洞作為星系的一部分，如何與星系發生相互作用，並在星系的演化中起到什麼作用？

第二，作為宇宙學探針，它將在測量宇宙史和膨脹史，進而探測暗能量的物理性質方面發揮重要作用

；第三，作為引力波探測的下一次突破，引力波源和納赫茲引力波的物理特性都需要GRAVITY/VLTI和反射圖來獨立測量雙黑洞的軌道引數，然後再進行觀測檢驗。

我們渴望在引力波和宇宙論上取得突破。

結語：

人們對於黑洞的認識與研究正在一步步的進行著，當人們在研究中發現的問題用另一種假設去解釋的時候，是不是正確的。

當人們對宇宙的測量規定新的尺度的時候，是不是可以對黑洞產生不同的解釋。