科学家们突然发现了一个在银河系中无可能存在的黑洞

可喜可贺,一种新的黑洞搜索方法应用于探索后,现在有了成果。天文学家发现了一个恒星质量的黑洞,其质量大约是太阳的70倍,但是根据目前的恒星演化模型,至少在银河系中,它的大小是不可能的。

对光子围绕黑洞旋转的艺术构想。(尼科尔R.富勒/美国国家科学基金会)

银河系最大质量恒星的化学成分表明,在恒星核心坍缩成黑洞之前,它们在生命的最后阶段通过爆炸和强大的恒星风失去了大部分质量。

质量范围内能够产生黑洞的巨大恒星有可能在所谓的双不稳定超新星中结束它们的生命,这种超新星将会彻底毁灭恒星核心。因此,天文学家们绞尽脑汁试图弄清楚这个黑洞——名为LB-1——是如何变得如此巨大的。

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,如此大质量的黑洞根本不应该存在于我们的星系中。”

“LB-1的质量是我们想象中的两倍。现在理论家们将接受探究它是如何形成的挑战。”

探索黑洞的方式非常巧妙。

黑洞,如果它们不是活跃的增生物质,那么在光谱中几个波长发光的过程,实际上是看不见的。它们不会释放出任何我们能探测到的辐射——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并没有任何检测的方法。

图源:tech

早在1783年,英国自然科学家约翰·林可唯(第一个提出黑洞存在的人)就提出,如果黑洞被一些发出光的物体(如伴星)围绕着轨道运行,那么黑洞可能是可探测的,这些物体会绕着由此产生的双星系统的共同重心旋转。

这就是现在所知的径向速度法,这是我们寻找和确认难以观测的系外行星存在的主要方法之一,因为系外行星会对恒星产生微小的引力影响。它也被用来寻找其它不可见的物体——黑洞。

图源:workcn

刘和他的同事在中国使用大天空区域多目标光纤光谱望远镜(LAMOST)搜寻这些不稳定的恒星,并找到了一颗主要序列的蓝色巨星。

但是,通过使用西班牙强大的大加那利望远镜和美国的凯克天文台的后续观测,科学家们有了惊人的发现。

LB-1的艺术构想(于景川2019年作于北京天文台)

这颗恒星大约有3500万年历史,其质量约为太阳的八倍,每79天围绕黑洞运行一次,研究人员称其运行轨道为“神奇的圆形”。

已经探测到了另一个质量范围相似的黑洞,其质量约为太阳质量的62倍——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到的引力波。它不是银河系中的黑洞,但它证明了如此大质量的黑洞可能形成的方式。

图源:sohu

但是新发现的LB-1仍然有它的双星伴星。一种情况可能是,LB-1是由两个黑洞碰撞形成的,后来捕获了这颗恒星——但是伴星的圆形轨道的存在又是一个疑问。一次捕获会产生一个高度偏心的椭圆轨道。时间可以使这个轨道变得平滑,但它需要的时间比这颗恒星的年龄还要长。

图源:workcn

然而,一种可能性是,它可能是后备超新星,垂死恒星喷射出的物质会立即落回到其中,导致黑洞的直接形成.这是在某些条件下的可能理论,但是目前还没有直接的证据。

研究人员在论文中指出,也许LB-1可能就是直接的证据。

“它是如何形成的”这个疑惑,使LB-1突然变成了银河系中最吸引目光的物体之一,接下来可能会有一连串的后续观测。

“这一发现使黑洞形成理论有望得到革新,”大卫·赖兹说,他是佛罗里达大学的激光干涉引力波天文台的领导人,他并没有参与这项研究。

“这一引人注目的结果,加上过去四年中美国激光干涉引力波天文台(LIGO)及欧洲室女座引力波天文台(Virgo)对双星黑洞碰撞的探测,确实表明我们对黑洞天体物理学的理解有所复兴。”

作者: MICHELLE STARR

FY: 句号兽

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