离地球最近的黑洞原来长这样

作者:晴空飞燕/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-05-14

距离我们只有1,000光年,近到肉眼可见。

欧洲南部天文台(ESO)的天文学家发现了一个黑洞,这是迄今为止发现的最靠近地球的黑洞,距离我们只有1,000光年,近到肉眼可见。这一黑洞属于被称为HR 6819的三星系统的一部分,欧洲南部天文台的科学家认为,其它此类三星系统中也可能一样藏有黑洞,这些黑洞以前并不是科学家们搜索的优先目标。该研究已发表在《天文学与天体物理学》杂志上。

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图自Enlarge

科学家们认为,宇宙中的黑洞比我们迄今发现的要多得多。考虑到我们的宇宙年龄,其中可能存在着数亿个黑洞。由于无法直接观察到这些黑洞。我们只能通过它们对周围物质的影响来推断它们的存在。例如,黑洞的引力效应会影响附近恒星的轨道,另外,坠入黑洞的物质会形成围绕着黑洞快速运动的热气吸积盘,并发射出强烈的X射线。或是一颗不幸的恒星太靠近黑洞被撕裂,落入黑洞的残余物质也会加速并升温,向太空发射X射线。

但是大多数黑洞实际上很安静,因此很难被检测到。这一最新发现至少提供了有用的线索,告诉人们真正的黑洞可能隐藏在何处。该论文的合著者、科学家Thomas Rivinius表示:“人们不可能有足够的时间利用望远镜对所有物体进行彻底的搜索,我们需要采取的是分阶段搜索的方法,帮助科学家识别值得搜寻的物体,精简名单,然后再对留在名单上的物体进行仔细的检查。知道到底要寻找什么可以帮助我们更好地找到它们。”

欧洲南部天文台研究团队一直在研究双星系统,由于HR 6819似乎就是这样的系统,所以它被列入了观察对象之一。但是,在审查数据时,天文学家意外发现了系统中存在的第三个物体,也就是此前未曾发现的黑洞。

在三星系统中,两颗恒星彼此环绕运行,而第三颗恒星则以更远的距离环绕着双星。这确保了系统的稳定性,因为如果内部轨道和外部轨道的大小相同,则其中一颗恒星最终会从系统中弹出。对于HR 6819,两个可见恒星中的一个每四十天会绕一个看不见的物体转一圈,而另一个可见恒星则在更远的轨道运行。通过研究这对恒星的轨道,研究小组能够推断出黑洞的存在并计算黑洞的质量。Thomas Rivinius表示:“一个质量至少是太阳的四倍的不可见物体只能是一个黑洞。”

Thomas Rivinius表示:“我们曾经相信单星是最常见的。实际上,至少对于真正的大质量恒星来说,单星可能是最稀有的。那是因为一颗恒星的质量越大,就越不可能单独存在,而实际上,即使是单个大质量恒星也可能是被“破坏”的多颗恒星系统的幸存者,或者有一些是我们无法检测到的暗伴星。”像HR 6819这样的三星系统不那么普遍,但也并非极为罕见。物理学家目前认为,产生黑洞的超新星实际上会破坏其多重的结构。但Rivinius认为,如果有大量的多重结构在超新星中幸存下来,这将改变统计数据。

Rivinius认为:“如果这样的系统恰好在地球附近,那么它在银河系的其他区域也很可能很常见。”他的计算表明,可能有2500个这样的系统。这并不能消除我们发现的黑洞与天文学家认为可能存在的黑洞的数字之间存在着的巨大差异。他补充说:“考虑到此前我们还不知道有这样三星系统的存在,因此这次的发现是相当大的一步。” 欧洲南部天文台团队已经确定了可能是第二个具有黑洞的三星系统,尽管科学家需要更多的观测数据才能确认这一点。

另一个重要的发现是,黑洞可能是三星系统的一部分。天文学家提出这样的三星系统可能是具有两个黑洞的双星系统的前身,也有可能是双子星对与一个黑洞的组合。当这些双星系统中的星星合并时,发生的激烈事件会产生引力波,而LIGO装置可以探测到这种引力波。

Rivinius表示:“LIGO检测的问题在于,对于一个正常的、孤独的双星系统中的两个黑洞,彼此靠近需要花费很长时间,直到它们最终合并。实际上,这样的合并过程甚至比宇宙存在的时间更长,如果这是唯一的机制,那么我们不应该看到像我们现在所见的如此多的合并事件。但如果黑洞本身靠得很近,那么,它们的合并速度就越快。”

这种机制被称为Lidov-Kozai机制。当一个双星系统中有圆形轨道,但这一轨道却与外部轨道不在同一平面时,就会发生这种情况。这会使内部轨道变得更加“偏离中心”。简而言之,这意味着第三个星星可以帮助两个内部的星星相互靠近。”但是,HR6819三星系统不会出现这种情况。欧洲南部天文台的科学家,也是论文的另一位合著者Dietrich Baade说:“HR 6819中的两颗恒星质量不足以大到出现超新星爆炸并形成黑洞,因此,HR 6819将永远不会具有两个黑洞,也永远不会引发引力波事件。但这一离我们最近的黑洞的确是很好的研究对象。


蝌蚪五线谱编译自arstechnica,译者晴空飞燕,转载须授权

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