离地球最近的黑洞原来长这样

欧洲南方天文台的天文学家发现了一个黑洞,这是迄今为止发现的离地球最近的黑洞。它只有1000光年远,肉眼几乎可以看到。这个黑洞是三星HR 6819系统的一部分。欧洲南方天文台的科学家认为,其他类似的三星系统也可能包含黑洞,这在以前并不是科学家搜索的优先目标。这项研究发表在《天文学和天体物理学》杂志上。

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科学家认为宇宙中的黑洞比我们迄今发现的要多得多。考虑到我们宇宙的年龄,其中可能有数亿个黑洞。因为这些黑洞不能被直接观察到。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。此外,落入黑洞的物质会形成一个热气吸积盘,在黑洞周围快速移动,并发出强烈的X射线。或者,如果一颗不幸的恒星被撕得离黑洞太近,落入黑洞的剩余物质将加速并升温,向太空发射X射线。

但是大多数黑洞实际上非常安静,所以很难被发现。这一最新发现至少为真正的黑洞可能隐藏在哪里提供了有用的线索。该论文的合著者、科学家托马斯·里维纽斯说:“人们不可能有足够的时间用双筒望远镜彻底搜索所有物体。我们需要采用分阶段搜索的方法来帮助科学家确定值得搜索的对象,简化列表,然后仔细检查列表中剩余的对象。知道我们在寻找什么可以帮助我们更好地找到他们。”

欧洲南方天文台的研究小组一直在研究双星系统。由于HR 6819似乎就是这样一个系统,所以它被包含在观察对象中。然而,在回顾这些数据时,天文学家意外地发现了系统中的第三个物体,即以前从未发现过的黑洞。

在三星系统中,两颗恒星围绕彼此运行,而第三颗恒星围绕两颗恒星运行的距离更远。这确保了系统的稳定性,因为如果内、外轨道大小相同,其中一颗恒星最终会从系统中弹出。对HR 6819来说,两颗可见恒星中的一颗每40天围绕一个不可见的物体旋转一周,而另一颗可见恒星则在更远的轨道上运行。通过研究恒星的轨道,该团队可以推断黑洞的存在并计算它们的质量。托马斯·里维纽斯说:“一个质量至少是太阳四倍的无形物体只能是一个黑洞。”

托马斯·里维纽斯说:“我们过去认为单星是最常见的。事实上,至少对于真正的大质量恒星来说,单星可能是最罕见的。这是因为恒星的质量越大,它就越不可能独自存在。事实上,即使是一颗大质量恒星也可能是“被摧毁”恒星系统的幸存者,或者是一些我们无法探测到的黑暗伴星。像HR 6819这样的三星系统并不常见,但也不罕见。物理学家现在认为产生黑洞的超新星实际上摧毁了它们的多重结构。但是里维纽斯认为,如果大量的多重结构幸存于超新星,这将改变统计数据。

里维纽斯说:“如果这样的系统碰巧在地球附近,它很可能在银河系的其他地区很常见。”他的计算表明可能有2500个这样的系统。这无法消除我们发现的黑洞数量和天文学家认为可能存在的黑洞数量之间的巨大差异。他补充道:“考虑到我们之前不知道有这样一个三星系统,这一发现是一个相当大的进步。”南欧天文台团队已经确定了可能是第二个带有黑洞的三星系统,尽管科学家需要更多的观测数据来证实这一点。

另一个重要发现是黑洞可能是三星系统的一部分。天文学家认为,这样的三星系统可能是有两个黑洞的双星系统的前身,也可能是双星对和黑洞的组合。当这些双星系统中的恒星合并时,剧烈的事件会产生引力波,LIGO设备可以探测到。

里维纽斯说:“LIGO探测的问题是,在一个正常、孤独的双星系统中,两个黑洞需要很长时间才能相互靠近,直到最终合并。事实上,这种合并过程甚至比宇宙还要持续更长时间。如果这是唯一的机制,那么我们就不应该看到像现在这样多的合并事件。但是如果黑洞本身靠得很近,它们融合得就越快。”

这种机制被称为利多夫-科扎伊机制。当一个双星系统有一个圆形轨道,但这个轨道与外轨道不在同一平面时,就会发生这种情况。这将使内部轨道更加“偏离中心”简而言之,这意味着第三颗恒星可以帮助两颗内部恒星相互靠近。“然而,这不会发生在三星HR6819系统中。该论文的另一位合著者、南欧天文台的科学家迪特里希·巴德说:“HR 6819中的两颗恒星不够大,不足以在超新星中爆炸并形成黑洞。因此,HR 6819永远不会有两个黑洞,也永远不会产生引力波。然而,这个离我们最近的黑洞确实是一个很好的研究对象。

蝌蚪工作人员汇编自arstechnica

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