西交利物浦大学研究揭示黑洞探测新方法

黑洞一直以来被视为宇宙中最神秘的天体之一。虽然它们无法直接被观测到，但其强大的引力对周围环境的影响却是显而易见的。近日，西交利物浦大学2024届应用数学专业本科毕业生马冰倩在其研究中提出了一种在疏散星团中寻找恒星级黑洞的新方法。这项研究的成果已发表在国际顶级期刊《The Astrophysical Journal》上。

马冰倩的研究源于她的本科毕业设计，并在毕业后进一步深化，最终形成了一篇完整的科研论文。她的研究通过分析恒星的“走路方式”来推断黑洞的存在。

通过恒星运动推断黑洞存在

由于黑洞无法直接“看到”，科学家通常通过其对周围天体运动的影响来推测其存在。马冰倩的研究聚焦于疏散星团，这是一类由数十至数千颗恒星组成、结构相对松散的恒星系统。

研究中，她重点分析了恒星速度弥散度这一关键指标。速度弥散度描述的是星团中恒星运动速度的分散程度。通俗地讲，若将星团比作一个广场，速度弥散度则反映了人群走动时的“杂乱”程度。

在没有黑洞的情况下，恒星的运动通常较为平稳；但若星团中心存在一个质量极大的黑洞，其引力会显著扰动附近恒星，使其运动速度出现异常变化。这种变化会在速度弥散度的空间分布中形成明显特征。

通过对多个疏散星团观测数据的系统分析，马冰倩发现，部分星团在中心区域呈现出与理论预测高度一致的异常结构，提示其中可能存在尚未被直接观测到的黑洞候选体。

从课程训练到科研思维的转变

这一发现并非一蹴而就。研究最初源自马冰倩在毕业设计中对星团运动数据的计算与可视化分析。在反复比对和验证中，她逐渐意识到某些星团的运动特征难以用常规机制解释。

在指导教师庞晓莹博士的引导下，她进一步查阅相关文献、优化数据处理方法，并引入数值模拟结果进行交叉验证。毕业后的一年里，论文经历了多轮修改，从方法细化、结果解释到科学表述，逐步达到国际期刊的学术标准。

“真正的研究不只是得到一个结果，而是要反复确认：这个结果是否可靠、是否有更合理的解释。”马冰倩在采访中提到。

数学作为研究工具的广泛应用

虽然研究对象来自天体物理，但马冰倩的专业背景是应用数学。论文中大量使用的数据分析、统计建模和编程方法，正是她在本科阶段逐步积累的核心能力。

“数学是一种通用工具，”她表示，“无论是研究宇宙，还是研究复杂系统，关键在于如何提出问题、构建模型并验证假设。”

目前，马冰倩正在英国攻读复杂系统建模方向的硕士学位。这项本科阶段完成的研究，不仅让她以第一作者身份登上国际顶级期刊，也让她更清晰地认识到科研工作的真实过程——从发现问题，到反复推敲，再到严谨表达。对她而言，这次经历更像是一次真正意义上的科研训练，也为未来的学术探索打开了更广阔的空间。