从未有一个黑洞,如此接近地球

财经资讯 6个月前 Aaron
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肉眼可“见”的黑洞

黑洞无疑是宇宙中最神秘的天体他们隐匿在黑暗中,吞噬着一切进入的光线。无论体型大小,所有黑洞都有着共同的特征,这就是事件视界。光线一旦越过事件视界,便无法逃逸。不过,黑洞还是会露出马脚,从而被我们捕捉到踪迹:当黑洞不远处有一颗恒星时,恒星的物质被黑洞吸引,超高温的尘埃与气体形成围绕黑洞快速旋转的吸积盘,释放出的X射线可以将黑洞“点亮”。那么,如果黑洞周围没有这样一颗足够接近的伴星呢?虽然无法直接看见,但科学家可以通过黑洞对其他天体的引力效应,间接探测到这些神秘天体。

在一项发表于《天文与天体物理学杂志》的新研究中,欧洲南方天文台的天文学家就通过这个方法,取得了一项引人瞩目的发现——他们找到了迄今为止距离地球最近的黑洞。如果结论成立,南半球人们甚至可以不借助观测设备,肉眼看见这颗黑洞所处的恒星系统

恒星系统HR 6819位于南天的望远镜星座,距离我们1000光年。这本是一个毫不起眼、在南半球勉强可以用肉眼看见的普通双星系统,但研究人员发现,其中一颗恒星的谱线呈现出周期性的摇摆。因此,在这个系统中,一定存在着某个尚未被发现的天体。

进一步的分析指出,其中一颗恒星似乎以40天为周期,围绕着这个看不见的天体旋转;另一颗恒星距离较远,周期也更长。而这枚天体的质量,相当于太阳质量的4.2倍。如果这是一颗恒星,那么考虑其质量及距离,地球上的观测者一定能够看见这颗恒星。因此研究提出,在HR 6819系统中心的,是一颗黑洞。

埋藏15年的数据

这项研究的主要作者,ESO的Thomas Rivinius说:“我们最初以为HR 6819是一个双星系统,但我们进一步审视才发现,其实它是由3个天体组成的系统。”

研究团队使用ESO位于智利拉息拉天文台的2.2米口径望远镜,取得了这一发现。不过需要指出的是,这项观测并不是最近才做出的。早在2004年,天文学家就在为期数月的观测中得到了这些数据。但这些数据并未引起天文学家的注意——正如上文提到的,他们认为这只是一个普通的双星系统。

直到去年中国国家天文台的刘继峰团队利用郭守敬望远镜,发现了质量70倍于太阳的最大质量恒星级黑洞。刘继峰团队正是注意到一颗恒星中反常的光谱线,才通过进一步的分析提出,这颗恒星正在围绕一个“看不见的天体”做近似圆周运动。

这项发表在《自然》杂志上的研究引起了Rivinius的注意:“我想,等等,我抽屉里有一些未经使用的数据,和LB-1非常相像。”于是,Rivinius团队开始对这些尘封已久的数据进行重新分析。

根据HR 6819系统的两颗恒星的年龄,Rivinius等人提出,该系统中的黑洞,是一次数千万年前的超新星爆发的遗迹。一般情况下,双星系统中的黑洞能够吸积伴星的物质,由此释放的大量X射线构成发光盘,将黑洞包围。有趣的是,在HR 6819系统中,两颗伴星与黑洞运行轨道之间的距离较远,足以避免被黑洞“进食”。正因为如此,这个“双星”系统在被观测到之后,一度被天文学家遗忘多年。

天文学意义与争议

如果HR 6819系统中的黑洞的确存在,这一发现除了更新黑洞与地球的最近距离,还有着一系列天文学意义。之前人们认为,超新星将影响显著周围恒星的运行轨道,甚至将恒星“踢”至星际空间中。而这个稳定的三体系统则讲述了一个完全不同的故事。“从这个案例中我们得知,黑洞不用‘踢’走周围的恒星即可形成。”Rivinius说。

这项研究的另一个意义在于,它说明这样“安静”的黑洞比此前预想的更加常见,因此仍有大量类似的未知黑洞等待发掘。甚至,LB-1也可能属于这一类此前未知的黑洞系统。当然,由于距离更远、信号更弱,LB-1的观测更加困难,但也并非不可能。Rivinius表示,他们已经计划研究LB-1系统。

HR 6819还为理解产生引力波的黑洞系统的形成机制提供了诱人的线索。当两颗黑洞,或是黑洞与中子星并合时,产生的时空涟漪已经被天文学家探测到。但在并合之前,这样的系统是如何诞生的,却是个未解之谜。

这项发现的科学意义充满了诱惑性,但也有一些科学家提出了不同意见。加州大学伯克利分校的Kareem El-Badry认为,这项研究得出的结论“显然是值得怀疑的”。El-Badry注意到,这个结论的得出,是基于一系列假设的,尤其是系统中较为接近黑洞的恒星,质量大约相当于太阳的5倍。在他看来,这个假设并非足够可靠。一旦这颗恒星的质量不及Rivinius团队的假设,那么系统中央不可见天体的质量也要随之下降。因此,这颗天体或许根本就不是黑洞,而是一颗质量不足以被观测到的恒星。El-Badry说:“那里一定存在某个天体,但要说它是黑洞,在我看来是不明智的。”

阿姆斯特丹大学的Edward van den Heuvel则从另一个角度提出了质疑,他认为目前无法判断被认作的黑洞的天体是4.2倍太阳质量的单一天体,还是两个距离很近,平均质量为2.1倍太阳质量的恒星。“这同样可能是一个四体系统,宇宙中的不少明亮恒星,都位于这样的四体系统中,”van den Heuvel说,“如果该天体在某个时刻释放X射线,那么我们可以确定它就是黑洞。但如果我们始终无法观测到X射线信号,那么问题就来了:它究竟是一个黑洞,还是两颗相互绕行的恒星?”

对此,Rivinius认为,如果这是一个四体系统,那么从HR 6819释放的光线中,我们可以找到能明确其身份的特征。而要明确其身份,则需要更多望远镜加入,进行更长时间的观测。由于正在全球蔓延的新冠疫情,大量天文台处于关闭状态。Rivinius表示,在观测重启后,他们将立即进行尝试。至于目前,我们可以说,太阳系的“后院”中似乎潜伏着一个未知的“黑暗”伴侣。

标题:从未有一个黑洞,如此接近地球

版权声明:Aaron 发表于 2020-06-04 20:35:51。
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