进入黑洞什么感觉？
虽然我们直到2019年才首次通过“事件视界望远镜”一睹黑洞的真容，但关于黑洞的谜团可一直都不少……
宇宙中曾经发生了这样一起神秘事件：大约8亿光年外，一个黑洞吞噬了一个不明天体，释放出的能量激起了时空的涟漪。这种被称为“引力波”的涟漪，在宇宙中穿行，最终于2019年8月14日抵达了地球。地球上三个灵敏度极高的探测器测量了这波微小扰动。当天文学家破解引力波中蕴含的信息时，却遇到了一个新的谜团。
IMAGE BY N. FISCHER, S. OSSOKINE, H. PFEIFFER, A. BUONANNO (MAX PLANCK INSTITUTE FOR GRAVITATIONAL PHYSICS), SIMULATING EXTREME SPACETIMES (SXS) COLLABORATION
这场宇宙碰撞编号为GW190814，在LIGO和Virgo两大机构探测到的几十次宇宙并合事件中十分特别。数百万年甚至数十亿年来，这两个天体都在相互绕转，距离越来越近，直到碰撞在一起。天文学家推算出其中一个天体是质量相当于23个太阳的黑洞。而另一个被黑洞整个吞下的天体，质量约为太阳的2.6倍，是一个还无法定义的神秘天体。
这个神秘的物体正好处在临界点上，既像是像恒星一样拥有表面的天体，又像是时空无底洞（即黑洞）。它的质量处于已知最重的中子星（恒星发生超新星爆发后的残留物）和最轻的黑洞（恒星残骸足够致密而形成的密度无限大的点）之间。
ILLUSTRATION BY DANA BERRY, NASA
科学家们一直在研究中子星和黑洞之间的界限，因为这个界限可以揭示物质在宇宙最极端条件下的行为。并且，由于这些奇特的天体是恒星演化的终点，在某个时刻，当所有的恒星都燃烧殆尽时，可能只剩它们漂浮在空荡宇宙中。这一切都使得鉴定GW190814事件中奇特天体的性质，变得更加吸引人了。
美国西北大学的Vicky Kalogera说：“如果它是一颗中子星，那它的质量可真是让人兴奋；如果它是一个黑洞，那这个黑洞的质量也同样让人兴奋。无论如何，当我们看到它的那一刻，我们就兴奋起来了！”
引力波以光速传播，所经之处的一切物质都会受到它的影响。但是，它们时空弯曲的程度太小，很难被探测到。LIGO设在美国华盛顿和路易斯安那州的探测器，以及设在意大利的Virgo探测器会发射出来回反弹的激光束，来测量光来回传播所需的时间。正常传播时间发生的任何微小变化，都可能是时空收缩或扩张的结果。
ILLUSTRATION BY NSF/LIGO/SONOMA STATE UNIVERSITY/A. SIMONNET
2015年，这项探测取得首次成功，最终荣获诺贝尔物理学奖。此后，大多数探测都指向成对的黑洞碰撞事件。天文学家也探测到了中子星碰撞产生的时空涟漪。不过，GW190814事件与那些早期的碰撞并合事件不同，科学家们还在努力确定这起事件中所涉及到的两个天体的真正性质。
ILLUSTRATION BY SXS COLLABORATION
这次事件中，较重的天体显然是黑洞，但较轻的天体是为数不多的位于中子星和黑洞之间质量间隙的已知天体之一。在这个间隙的某个位置，物质变得不稳定，并坍缩成一个黑洞，中子星正好就在这个极限值的边缘。
美国宇航局戈达德太空飞行中心的Zaven Arzoumanian说：“大自然给稳定物质的密度施加了限制。但我们不知道那个极限是什么，也不知道超过极限之后会发生什么。”
美国亚利桑那大学研究中子星的Feryal Özel称，观测结果表明，中子星质量的上限约为太阳的2.1倍，且大多数接近1.4倍。虽然有观测指出，存在质量更重的中子星（约为太阳质量的2.5倍），但其数据还不够可靠。而描述中子星内部物理特性的理论，也很难界定当中子星质量膨胀得更大时，是什么阻止它坍缩。
从这个质量间隙的另一边来说，目前观测到的最轻的黑洞质量大约为太阳质量的5倍。直至最近，天文学家几乎没有发现任何介于2.1倍太阳质量与5倍太阳质量之间的天体。LIGO探测到的另一个天体，质量约为太阳的2.7倍，是两颗中子星相撞的产物。
ILLUSTRATION BY C. HENZE, NASA
目前，尚不清楚这次并合事件中的黑洞是吞噬了另一个黑洞，还是吞噬了中子星。
Özel说：“如果最终证实那是一颗中子星，如果中子星的质量能达到太阳质量的2.6倍，那就真的成为了改变研究范式的先例。”
她和Kalogera怀疑这个天体是一个轻质量的黑洞。Özel说：“我们还无法用物理上的原因来解释为什么黑洞不能达到太阳质量的2.6倍。”但他们两位都指出，要想确切查明会很困难。这个系统对于其他天文台来说太过遥远，无法进行研究。
ILLUSTRATION BY ROBIN DIENEL; COURTESY THE CARNEGIE INSTITUTION FOR SCIENCE
此外，两个天体的质量差异还掩盖着一个潜在线索：如果黑洞的质量再小一些，就有可能看到它把接近它的中子星扭曲并撕碎，而不是将它整个吞下。这种杂乱的并合过程，会在引力波中留下可识别的痕迹。
Özel说：“我想我们没有任何机会知道那个天体是什么。表明它是中子星的迹象并不存在，但这点也并不意味着什么。”
即使不知道那颗天体究竟是什么，GW190814事件中涉及的两个天体也特别引人注目，因为它们“很不相配”。LIGO和Virgo观测到的大多数碰撞事件里，成对的天体质量上都相对接近，但在GW190814事件中的黑洞质量约为太阳质量的23倍，几乎是另一天体的9倍。
ILLUSTRATION BY NICOLE R. FULLER, NATIONAL SCIENCE FOUNDATION
这个系统的不对称性，使得科学家很难解释它的起源和环境。例如，在古老的球状星团（围绕星系运行的紧密恒星团簇）中，一对致密的天体，其质量预计会更加接近。在星系内部，独立演化的系统可能会产生不平衡的成对天体，但这些系统的碰撞频率预计不会那么频繁，不足以产生这样的观测结果。
该团队正在考虑更奇特的形成场景，比如多个并合系统、松散结合的星团以及天体深陷在围绕超大质量黑洞旋转的物质盘中等等。
但是，正如宇宙中存在着无限的可能一样，它也蕴含着许多未知。
Arzoumanian说：“中子星的魅力在于，它们代表着物质在引力坍缩中的最后一站。在中子星发生内爆并坍缩到自身的事件视界之内、永远无法被再次看到之前，物质所能达到的最高稳定密度究竟是多少呢？”
尽管还有许多宇宙奥秘无法解答，但可以肯定的是，我们对宇宙的探知不会停止。不如来大开一下脑洞，假设我们掉进了黑洞会看到什么？又会发生什么？