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第一個“黑洞三重體”可能以一種令人驚訝的溫和方式形成

黑洞


第一個“黑洞三重體”可能以一種令人驚訝的溫和方式形成


藝術家對黑洞X射線雙星天鵝座V404的再現(xiàn) 。豪爾赫·盧戈
據(jù)《大眾科學》（勞拉·貝薩斯）：物理學家首次在太空中觀測到“三重黑洞” 。這個新系統(tǒng)距離地球約8000光年，由一個中心黑洞組成 ， 該黑洞正在吞噬一顆非?？拷男『阈?。令人驚訝的是，第二顆恒星似乎也在繞著中心黑洞旋轉，但距離更遠 。10月23日發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究描述了這一發(fā)現(xiàn) 。
打三分球
科學家們探測到的大多數(shù)黑洞似乎都是一對稱為雙星系統(tǒng)的黑洞的一部分 。這些系統(tǒng)由黑洞和次級物體組成，如恒星、密度更大的中子星或另一個黑洞 。然后，雙星系統(tǒng)相互盤旋，并被黑洞的引力吸引在一起 。
對于這個新的黑洞三重體，還有一個額外的物體繞著中心黑洞運行 。較近的恒星大約每6.5天繞黑洞一周 。作者估計 ， 更遙遠的伴星每7萬年繞黑洞一周 。
黑洞似乎對如此遙遠的物體具有引力，這引發(fā)了人們對這個黑洞本身起源的一些質(zhì)疑 。科學家們認為 ， 黑洞是由超新星形成的——一顆垂死恒星的劇烈爆炸 。在超新星爆發(fā)過程中，恒星在最后一次爆發(fā)中釋放出大量的能量和光，然后坍縮成一個看不見的黑洞 。
如果這個新觀測到的黑洞是由一顆典型的超新星引起的，那么它在最終坍縮之前釋放的能量將踢開任何在其郊區(qū)軌道上運行的更松散的物體 。理論上，第二顆外恒星不應該還在附近徘徊 。
該團隊認為 ， 黑洞是通過一個更溫和的過程形成的——直接坍縮 。在直接坍縮過程中，恒星只會在沒有最后一次劇烈爆發(fā)的情況下自行坍縮并形成黑洞 。像這樣的溫和起源不會真正干擾任何松散的、遙遠的物體 。
由于新的三重系統(tǒng)包括一顆非常遙遠的恒星，該系統(tǒng)的黑洞可能是通過更溫和的直接坍縮而誕生的 。雖然天文學家?guī)讉€世紀以來一直在觀測劇烈的超新星，但這個新的三重系統(tǒng)可能是由這個更溫和的過程形成的黑洞的第一個證據(jù) 。
研究合著者、麻省理工學院物理學家凱文·伯奇在一份聲明中說：“我們認為大多數(shù)黑洞都是由恒星的劇烈爆炸形成的，但這一發(fā)現(xiàn)有助于質(zhì)疑這一點 ?！??！斑@個系統(tǒng)對黑洞的進化來說是超級令人興奮的，它也提出了是否還有更多三元組的問題 。”
機會發(fā)現(xiàn)
這一發(fā)現(xiàn)幾乎也是偶然的 。物理學家在查看太空和世界各地望遠鏡拍攝的天文觀測庫Aladin Lite時發(fā)現(xiàn)了它 。他們使用Aladin Lite搜索天空同一部分的圖像 ， 這些圖像是由調(diào)諧到不同波長的能量和光的不同望遠鏡拍攝的 。
最初，他們正在銀河系內(nèi)尋找新黑洞的跡象 。出于好奇，Burdge查看了天鵝座V404的圖像 ， 這是一個距離地球約8000光年的黑洞 。1992年，天鵝座V404成為太空中首批被確認為黑色的物體之一 。自那時起 ， 它已被記錄在1300多篇科學論文中，是我們研究最深入的黑洞之一 。然而，這些研究都沒有報告這種奇怪的三重系統(tǒng) 。
在觀察天鵝座V404的光學圖像時，Burdge看到了看起來像兩個彼此靠近的光點 。第一個斑點是黑洞和一顆在附近運行的內(nèi)恒星 。這顆恒星離黑洞太近了，以至于它正在將一些物質(zhì)釋放到黑洞本身并發(fā)出可見光 。然而，第二束光很可能來自一顆以前沒有觀測到的非常遙遠的恒星 。
Burdge說：“事實上，我們可以在這么遠的距離上看到兩顆獨立的恒星，這意味著這些恒星必須相距很遠 。” 。
計算發(fā)現(xiàn)，外恒星距離黑洞3500天文單位（AU） 。一個天文單位是地球和太陽之間的距離 。因此，外恒星距離黑洞的距離是我們距離太陽的3500倍，或者比冥王星和太陽之間的距離大100倍 。
然后，研究小組質(zhì)疑外恒星是否與黑洞及其內(nèi)恒星都有聯(lián)系 。為了找到答案 ， 該團隊研究了蓋亞，這顆衛(wèi)星已經(jīng)跟蹤銀河系中所有恒星的運動十年了 。他們分析了過去10年蓋亞數(shù)據(jù)中內(nèi)外恒星的運動 ， 發(fā)現(xiàn)與附近的一些恒星相比，這些恒星是串聯(lián)運動的 。根據(jù)他們的計算，這種串聯(lián)運動的幾率大約是1000萬分之一 。
“這幾乎可以肯定不是巧合或意外，”Burdge說 。“我們看到兩顆恒星相互跟隨，因為它們被這股微弱的引力線連接在一起 。所以這一定是一個三重系統(tǒng) ?！?br>我們?nèi)シ棚L箏吧
然后，該團隊想知道這個系統(tǒng)最初是如何形成的 。一顆典型的超新星的劇烈爆炸在很久以前就已經(jīng)把它踢得很遠了 。
“想象一下 ， 你在拉風箏，而不是一根結實的繩子，你是用拉的，”Burdge說 ?！叭绻阌昧?nbsp;， 網(wǎng)會斷裂，你會失去風箏 。重力就像這根幾乎沒有束縛的繩子，非常弱，如果你對內(nèi)部雙星系統(tǒng)做任何戲劇性的事情，你就會失去外部恒星 ?！?br>為了驗證風箏線理論 ， Burdge進行了計算機模擬，以了解這種三重系統(tǒng)是如何進化并保持外恒星的 。
在每次模擬開始時，他都會介紹三顆恒星 。第三顆恒星是黑洞，在它變成黑洞之前 。然后，他進行了數(shù)萬次模擬 。對于第三顆恒星如何變成黑洞并影響其他兩顆恒星的運動，每個模擬都有一個略有不同的場景 。例如，他模擬了一顆超新星 ， 改變了能量的大小和所有能量的傳播方向 。他還模擬了直接坍縮的場景，其中第三顆恒星自行坍縮形成黑洞，而沒有釋放任何能量 。
Burdge說：“絕大多數(shù)模擬表明，使這種三重作用最簡單的方法是通過直接坍塌 ?！?。
這顆額外的外恒星也揭示了該系統(tǒng)的年齡 。研究小組觀察到，外恒星正在成為紅巨星 ， 這是一個發(fā)生在恒星生命末期的階段 。基于這一轉變，他們認為外恒星的年齡約為40億年 。由于鄰近的恒星大約在同一時間出生，該團隊認為這個黑洞三重體也有40億年的歷史 。
Burdge說：“我們以前從未對一個老黑洞做到過這一點 ?！?。“現(xiàn)在我們知道天鵝座V404是三重星系的一部分，它可能是由直接坍縮形成的，由于這一發(fā)現(xiàn)，它形成于大約40億年前 ?！?br/>