质量过大!这种“不可能的”黑洞,在银河系中已实际存在

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银河系中惊现“不可能的”黑洞

新的黑洞探索方式刚刚带来了十分喜人的成果。天文学家发现了一个质量约为太阳质量70倍的恒星黑洞,而根据目前恒星演化模型,这样的大小根本是不可能的,至少在银河系不可能。

艺术家对光子围绕黑洞旋转的印象。(Nicolle R. Fuller/NSF)

银河系中质量最大的恒星的化学成分表明,在恒星核心坍缩成黑洞之前,它们生命的最后阶段,爆炸和强大的恒星风会带走其大部分的质量。

那些处于可产黑洞质量范围内的巨大恒星,预计将在一种称为双不稳定超新星中结束生命,这种双不稳定超新星会完全摧毁星核。所以天文学家们绞尽脑汁想弄清楚这个名叫LB-1的黑洞如何变成如此这般。

中国国家天文台的天文学家刘继峰说:“根据目前大多数恒星演化模型,银河系中不应该存在这样大的黑洞。”

“LB-1的质量是我们想象中的两倍。现在理论家将不得不绞尽脑汁解释其形成。”

探测黑洞的方法真的很聪明。

黑洞实际上是看不见的,除非它们是在积极吸收物质,也就是一个在光谱中以几个波长发光的过程。它们不会释放出我们能探测到的任何辐射—没有光,没有无线电波,没有X光,什么都没有。但这并不意味着我们真的束手无策。

早在1783年,英国自然科学家约翰米切尔(第一个提出黑洞存在的人)就提出,如果黑洞的轨道上有发射光线的东西,比如伴星,那么这些光线就会被双星系统的相互重心拖拽,由此一来,或许黑洞可以探测。

这就是我们现在所说的径向速度法,它是我们寻找和确认难以看到的系外行星是否存在的主要方法之一,因为它们对恒星产生了很小但可测的引力影响。它还可以用来发现其他看不见的东西,比如黑洞。

刘继峰和他的同事们利用中国的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)搜寻这些摇摆不定的恒星,并发现了一颗主序列蓝巨星。

但是,西班牙强大的加那利格兰望远镜和美国的凯克天文台进行的后续观测揭示了科学家们所发现的惊人现象的本质。

艺术家关于LB-1的印象(余敬川, 北京天文馆, 2019)

这颗恒星大约有3500万年的历史,其质量约为太阳的8倍,每79天围绕黑洞运行一次,研究人员称之为“惊人的圆形”轨道。

另一个已探测到的质量范围相似的黑洞GW150914,它的质量约为62个太阳质量。它是由一对双星中的两个黑洞碰撞产生的,这是人类首次直接探测引力波。虽然它不在银河系,但它确实展示了黑洞形成的一种途径。

但新发现的LB-1仍有其双星伴侣。其中一种可能是,LB-1是由两个黑洞碰撞形成的,后来捕获了这颗恒星,但它的伴星的圆形轨道却成了问题。捕获会产生一个高度偏心的椭圆轨道。这条轨道会随着时间而趋于平滑,但它需要的时间比恒星的年龄还要长。

然而,另一种可能是后撤超新星,在这种超新星中,从垂死恒星中喷射出来的物质会立即掉入其中,从而直接形成黑洞。在某些条件下,这在理论上是可能的,但目前还没有直接的证据证明这一点。

研究人员在论文中指出,或许LB-1可以成为这一直接证据。

不管它是如何形成的,LB-1突然成为银河系中最有趣的天体之一,随后可能会有一连串的后续观测。

“这一发现迫使我们重新研究恒星质量黑洞形成的模型,”佛罗里达大学的激光干涉引力波天文台(LIGO)主任David Reitze说,他并没有参与这项研究。

“在过去四年里,这一显著的结果与LIGO Virgo团队探测到的双星黑洞碰撞一起,真的指向了我们对黑洞天体物理学的理解的复兴。”

作者: MICHELLE STARR

FY: Thom

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