宇宙中，黑洞始終是最神秘的存在之一。它們不發(fā)光、不反射光線，無(wú)法被直接觀測(cè)，卻憑借強(qiáng)大的引力對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。近日，一位年輕學(xué)者的研究為尋找恒星級(jí)黑洞提供了新思路——通過(guò)分析疏散星團(tuán)中恒星的運(yùn)動(dòng)特征，科學(xué)家可以間接推斷黑洞的存在。這項(xiàng)研究由西交利物浦大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)本科畢業(yè)生馬冰倩主導(dǎo)完成，相關(guān)成果已發(fā)表在國(guó)際權(quán)威天體物理期刊《天體物理雜志》上。

馬冰倩的研究聚焦于疏散星團(tuán)——這類由數(shù)十至數(shù)千顆恒星組成的松散系統(tǒng)，因其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成為探索黑洞的理想場(chǎng)所。研究的核心指標(biāo)是恒星速度彌散度，即星團(tuán)中恒星運(yùn)動(dòng)速度的分散程度。她將這一概念類比為廣場(chǎng)上人群的走動(dòng)狀態(tài)：若人群步伐整齊，速度彌散度較低；若人群雜亂無(wú)章，速度彌散度則較高。在疏散星團(tuán)中，若中心存在大質(zhì)量黑洞，其引力會(huì)擾動(dòng)附近恒星的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致速度彌散度在中心區(qū)域出現(xiàn)異常“尖峰”。

通過(guò)對(duì)多個(gè)疏散星團(tuán)的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，馬冰倩發(fā)現(xiàn)，部分星團(tuán)中心區(qū)域的速度彌散度分布與理論預(yù)測(cè)高度吻合，暗示這些區(qū)域可能隱藏著未被直接觀測(cè)到的黑洞候選體。例如，在某疏散星團(tuán)的速度彌散分布圖中，橫軸代表恒星到星團(tuán)中心的距離，縱軸代表速度離散程度，紅色曲線在中心區(qū)域顯著上升，形成明顯“尖峰”，這一特征為黑洞的存在提供了關(guān)鍵線索。

這項(xiàng)研究的突破并非偶然。馬冰倩最初在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中接觸星團(tuán)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算與可視化分析，她逐漸發(fā)現(xiàn)某些星團(tuán)的運(yùn)動(dòng)特征難以用現(xiàn)有理論解釋。在物理系龐曉瑩博士的指導(dǎo)下，她查閱大量文獻(xiàn)，優(yōu)化數(shù)據(jù)處理方法，并引入數(shù)值模擬進(jìn)行交叉驗(yàn)證。畢業(yè)后的一年里，論文經(jīng)歷了多輪修改，從方法細(xì)化到結(jié)果解釋，最終達(dá)到國(guó)際期刊的學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。龐曉瑩博士指出，疏散星團(tuán)結(jié)構(gòu)松散，尋找黑洞的不確定性更高，研究需在數(shù)據(jù)處理和模型假設(shè)上格外謹(jǐn)慎。

盡管研究對(duì)象屬于天體物理領(lǐng)域，但馬冰倩的專業(yè)背景是應(yīng)用數(shù)學(xué)。她在本科階段積累的數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)建模和編程能力，為研究提供了關(guān)鍵支持。她表示：“數(shù)學(xué)是一種通用工具，無(wú)論是研究宇宙還是復(fù)雜系統(tǒng)，關(guān)鍵在于如何提出問(wèn)題、構(gòu)建模型并驗(yàn)證假設(shè)。”目前，她正在英國(guó)攻讀復(fù)雜系統(tǒng)建模方向的碩士學(xué)位，這段經(jīng)歷讓她更清晰地認(rèn)識(shí)到科研工作的本質(zhì)——從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到反復(fù)推敲，再到嚴(yán)謹(jǐn)表達(dá)。對(duì)她而言，這項(xiàng)研究不僅是一次科研訓(xùn)練，更為未來(lái)的學(xué)術(shù)探索奠定了基礎(chǔ)。