黑洞pk黑洞，黑洞和闪电

■本报记者李思慧通讯员谢武阳

“整个宇宙都会为你发光。”这是科幻作品《三体》中描绘的经典场景。在工作中，射电望远镜观测到了一个肉眼看来平静，但正在进行强烈能量活动的“星空”。看到这种不同寻常的现象，故事中的主角激动、惊讶、震惊。

现实中，这场由“忽悠”引发的热闹，落在了武汉大学天文系的一个研究团队身上。经过近四年的努力，武汉大学天文系与中科院国家天文台等单位合作，观测到了“黑洞微类星体中的亚秒周期射电振荡”。相关研究成果近日发表在《自然》杂志上。

武汉大学天文学教授王伟告诉《中国科学报》，研究团队观测到的射电振荡信号“就像一个黑洞在闪烁”。

探索神秘的“新”信号

“心电图可以反映人的身体状况。同样，宇宙中的天体也会发出一些独特的信号，人们可以通过这些‘闪光’了解其内部发生的变化。”王伟解释道。

事实上，早在上个世纪，天文学家就开始探索天体的“闪烁”。

20世纪60年代，英国科学家发现了一颗能够稳定发射脉冲信号的致密天体脉冲星，并像心电图一样记录了一系列脉冲。这一发现后来获得了诺贝尔物理学奖，脉冲星也因其在天文学研究中的重要性而被称为“宇宙的灯塔”。

然而，天文学家并不想就此止步。虽然脉冲星“在它们小小的身体里包含了大量的质量”，但它们的引力无法与黑洞相比。"我们常说，没有一束光能逃脱黑洞的引力."王伟分析道。

那么，没有“光”，我们应该观察什么呢？

“相关的研究很多，但我们想做的是探索黑洞特殊的无线电信号。”据王伟介绍，黑洞会把周围的物质“拉”进来加热，然后再“扔”出去形成喷流。通过观测微弱的喷流信号，科学家可以揭开黑洞之谜的一角。

此前，王伟的团队主要利用“颜回”卫星探索黑洞。随着五百米口径球面射电望远镜(FAST)(简称500米球面射电望远镜)的建成和使用，以及诸多新的天文发现，一个大胆的想法在王伟的脑海中萌发——能否利用FAST观测黑洞？

FAST的主要观测目标是脉冲星等天体，科学目标设计中没有观测黑洞。此次，王伟团队利用FAST首次对黑洞微类星体进行了时间分辨率高达50微秒的射电观测。

“黑洞越神秘，我们就越想探索它。”王伟说，“我们所做的是有史以来最高精度的黑洞射电观测。”在50微秒的高时间精度下，毫秒之间的黑洞变化都逃不过FAST的“火眼金睛”。

2019年有了初步想法，申请了FAST观测时间的王伟，开始推进这个话题。

自2020年初以来，FAST不断接收和存储来自黑洞的微弱无线电信号。然而，由于疫情，无法获得和分析数据。同年夏天，一名学生加入王伟的团队攻读博士学位，开始参与处理这些已经积累了几个月的观测数据。

当时这个博士生还不知道这是一个什么样的“大项目”。

在“数据堆”中寻找“忽悠”

“从2020年7月加入团队到这篇文章被正式接受，已经过去了三年。”该论文的第一作者和团队成员田告诉《中国科学杂志》。

在这“漫长”的三年里，他的主要工作是数据处理。

“其实如果只是处理数据的话，用不了这么久。”田说，“这跟我一开始对研究内容完全不熟悉有关。”

几乎是从零开始的田，在协作组成员的指导下研究相关的数据处理方法。但由于对黑洞“闪烁”如此高精度的研究是前所未有的，即使有老师的指导，他也需要摸索前进。

编写数据处理软件系统，组织计算机集群，探索新的物理方法...几乎所有相关的研究工作都是从“新”开始的。“由于观察和数据分析的方法是全新的，很多工作需要自己创造研究条件。因此，我们进行了艰难的尝试。”王伟说。

2021年，研究小组在一堆数据中发现了“不同”的信号。兴奋之余，验证的结果给大家泼了一盆冷水——这个信号是仪器本身抖动造成的，与黑洞等天体无关。

回想起当时的情景，田还是感到有些失落。“我觉得心里空荡荡的。做了一年多，别说结果，连方法都不对。”

更让他焦虑的是，和导师王伟一起读博的同组三个博士生中，除了他，其他两个同学都频繁发表SCI论文。有一个同学三年发了三篇，平均一年一篇；还有一个学生三年发表了五篇论文，几乎是半年一篇，他关注的黑洞因为“太不真实”而“忽明忽暗”。直到毕业，连一篇论文都没有。

在此期间，他经常因为压力太大而焦虑得睡不着觉。这篇不知道什么时候写完的“黑洞”论文，成了他心里的一块大石头。

有一次，田几乎整夜失眠。那天早上，他和王伟约好了一起讨论工作。“当我到办公室时，我能听到王先生在说话。至于他说了什么，我根本无法回应。”田说:“我觉得脑袋里一团乱。”

由于黑洞的无线电信号太弱，数据受到干扰是很常见的。此前背景干扰已经盖过黑洞信号，王伟不得不向FAST申请补偿观测。

“还好补考正好看到了这个信号。”王伟说。

得到信号只是第一步。有了干扰的“前车之鉴”，团队对这次补考获得的数据进行了更多的检验，以证明其确实存在。

基于这个观测数据，2022年的夏季论文终于出炉了。

坐过山车修改手稿

“审稿的过程就像坐过山车一样。”田回忆说，论文的一审意见是肯定的，这让他很高兴，觉得修改后可以发表了。但到了二审，很多审稿人持完全不同的态度，延误了论文的受理。

田的心情“每况愈下”。

在此期间，为了不让学生承担更多的压力，王维没有让田参与审稿的过程，而是把问题留给了自己。

黑洞的无线电脉冲信号非常微弱，人们还不知道它的物理本质。在本文之前的版本中，该团队构建了一个物理模型，并试图讲述一个关于这一发现的合理的科学故事。

“经过审稿人和编辑的‘协商’，我们终于去掉了所有的物理模型和故事，把它变成了一篇简单阐述科学现象发现的论文。”王伟说。

有志者事竟成。经过多次观测，研究小组发现在2021年1月和2022年6月黑洞中存在暂时的亚秒射电准周期振荡。这说明这个现象不是偶然的，所以论文很快就被接受了。

"这种奇怪的现象最初是在黑洞系统中发现的."王伟介绍，黑洞“闪烁”的发现对于揭示致密天体相对论性射电喷流的起源和动力学过程具有重要的科学意义，将为黑洞的射电观测和理论研究开辟新的思路。

“对我个人来说，过去一年的复习过程非常具有挑战性，但四年的坚持终于有了回报。”王伟说。

对于田来说，这篇磨了三年的论文，在博士答辩前正式发表，让他的博士生涯从默默无闻、默默无闻，“惨淡”到广受关注、豁然开朗。“就是那种努力得来的快乐！”田高兴地告诉记者。

王伟也很开心。一方面，他终于没有耽误学生，另一方面，他的研究又前进了一步。他已经半年多没发朋友圈了，连续发了两条动态。他写道:“黑洞中还有很多未知现象，期待带着学生们继续使用FAST等高灵敏度天文望远镜，获得更多发现。”

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06336-6