三国时期，因为大象不会自己上秤，七岁少年曹冲用一个聪明的办法，称出了大象的重量。

多年后，聪明的人类早已完成了许多比称大象更难的事，甚至，科学家们已经能称出宇宙深处最神秘的存在之一，黑洞的质量。

最近，卡内基天文台安德鲁・纽曼领衔的天文学家团队借助韦布空间望远镜，第一次在100亿光年外，给一个“沉睡”的超大质量黑洞称出了体重——质量是太阳的60亿倍。

这项研究成果发表在了国际顶尖学术期刊《科学》杂志上。

（一幅关于黑洞周围气体环境的艺术概念图 图源：《自然》网站）

给黑洞称重，难在哪？

黑洞无法乖乖站上秤，这一点和大象一样。不仅如此，黑洞连光都跑不出来，又远在几亿甚至百亿光年之外，在这么远的距离上“称”一个看不见的东西，听起来像天方夜谭。

但科学家们有办法。国家天文台研究员苟利军介绍，目前比较主流的测量天体方法，是通过看绕着它转的东西跑得有多快，来算出中心天体有多重。“好比测量太阳质量，你就可以通过测量围绕太阳绕转的天体来测量。”

要把这个道理要想应用到更远的距离，操作却极难。此次测算的黑洞位于星系 MRG-M0138的中心，其发出的光线大约从100亿光年前出发，才抵达人类的视野之中。而目前，望远镜还看不清如此遥远星系中单颗恒星的运动。

这时候，宇宙帮了一个大忙。苟利军解释，该星系恰好位于一个巨型星系团的后方，星系团的引力像一面放大镜，把遥远星系的影像放大了约29倍，这就是天文学上所说的“引力透镜”效应。

（引力透镜效应科学示意图 图源：NASA）

“结合韦布望远镜的观测数据与引力透镜效应，我们得以窥探黑洞的引力影响范围。利用中心气体的运行速度，我们就可以推算出中心黑洞的质量。”本次研究的主导者，安德鲁・纽曼曾在接受媒体报道表示。

人类如何一步步“看见”黑洞

此次“称重”的另一个特别之处在于，目标是一个休眠黑洞。而此前，人类只在近邻宇宙中发现过极少数同等规模的休眠黑洞。

“活跃黑洞会发出很强的辐射，会辐射出源源不断的光和能量，像一盏宇宙探照灯；而休眠黑洞几乎不发出任何信号，完全隐没在黑暗中，难以探测。”苟利军介绍。

其实，从第一次知道黑洞到看见黑洞，甚至能给黑洞称重，天文学家们花了将近百年的时间。

苟利军表示，1915年爱因斯坦提出了广义相对论，几个月后，身处德国的物理学家卡尔·史瓦西得到了爱因斯坦方程解，这个解就是我们现在所知道的非旋转黑洞的精确解，这是第一次现代意义上对于黑洞的描述。而到了20世纪60年代，第一个旋转黑洞的精确解被得到，和第一个恒星级黑洞被探测到后，黑洞真正研究的历史真正开启。不过当时，人们对于黑洞长什么样，几乎是一无所知。

直到2015年，天文学家第一次用引力波的方式探测到了两个黑洞的合并，有人把它比喻为宇宙的声音。2019年4月，全球多地联合发布了人类首张黑洞照片。2020年，诺贝尔物理学奖颁发给了三位黑洞研究的科学家……

“天文学是一门靠观测说话的学科，”苟利军说，“因为科学技术的发展，我们有了更好的望远镜、更先进的卫星，它们正帮我们去发现一个更广阔和更神奇的宇宙。”

（人类史上首张黑洞照片 图源：事件视界望远镜合作组织）

测算方法会应用到更多星系

了解100亿光年外一个黑洞有多重，跟我们有什么关系？

其实，每一次把“秤砣”伸向更远的地方，都是在回答人类对宇宙最古老的好奇。“这项测量的意义远不止于‘量出一个黑洞的重量’,” 苟利军表示，“黑洞与星系共同演化，两者之间存在微妙的关联，就像生命体中基因与个体的关系。研究110亿光年前的黑洞，相当于翻阅宇宙早期的‘成长档案’，将帮助我们理解今天所有星系是如何一步步形成的。”

研究团队也正将这套测算方法应用到更多星系上，下一步要揭开的，是超大质量黑洞如何诞生、如何成长，以及它们怎样像宇宙的“推手”一样，塑造了整个星系的命运。

更宏观看，天文学的意义从来不只是仰望星空的浪漫。每一次对遥远天体的精确测量，都是人类在用知识丈量自己在宇宙中的位置。我们从哪里来？物质、星系乃至生命的原材料又是如何在宇宙演化中诞生的？这是人类文明追问的终极命题。

而当一台望远镜跨越百亿光年“看见”一个沉睡黑洞的引力涟漪，那一刻，好奇心本身就是意义所在。