質量過大！這種「不可能的」黑洞，在銀河系中已實際存在

2023-04-01 03:10:02

「不可能」黑洞出現在銀河系

新的黑洞探索方法剛剛帶來了非常令人滿意的結果。天文學家發現了一個質量約為太陽70倍的恆星黑洞。根據目前的恆星演化模型，這樣的大小根本不可能，至少在銀河系是如此。

藝術家對光子圍繞黑洞旋轉的印象。(尼科爾·富勒/國家科學基金會)

銀河系中質量最高的恆星的化學成分表明，在恆星核心坍縮成黑洞之前，爆炸和強烈的恆星風將在它們生命的最後階段帶走它們的大部分質量。

黑洞質量範圍內的巨大恆星有望在一種稱為雙穩態超新星的超新星中結束生命，這種超新星會完全摧毀恆星核。所以天文學家們絞盡腦汁想找出這個名為LB-1的黑洞是如何變成這樣的。

中國國家天文臺的天文學家劉繼峰說:「根據大多數目前的恆星演化模型，銀河系中不應該有這麼大的黑洞。」

「LB-1的質量是我們想像的兩倍。現在理論家們將不得不絞盡腦汁來解釋它的形成。」

探測黑洞的方法非常聰明。

黑洞實際上是看不見的，除非它們積極地吸收物質，這一過程發射光譜中幾個波長的光。它們不會釋放任何我們能探測到的輻射——沒有光，沒有無線電波，沒有x光，什麼都沒有。但這並不意味著我們真的無能為力。

早在1783年，英國自然科學家約翰·米切爾(第一個提出黑洞存在的人)就提出，如果在黑洞的軌道上有發光的東西，比如伴星，那麼光就會被雙星系統的共同重心所牽引，這樣也許就能探測到黑洞。

這就是我們現在所說的徑向速度法。這是發現和確認難以觀測的系外行星存在的主要方法之一，因為它們對恆星有微小但可測量的引力影響。它也可以用來發現其他看不見的東西，比如黑洞。

劉繼峰和他的同事使用中國的大面積多目標光纖光譜望遠鏡(LAMOST)搜尋這些不穩定的恆星，並發現了一個主要的序列藍色巨人。

然而，西班牙的大加那利望遠鏡和美國的凱克天文臺的後續觀測揭示了科學家發現的驚人現象的本質。

藝術家對LB-1的印象(餘靜川，北京天文館，2019)

這顆恆星大約有3500萬年歷史，質量是太陽的8倍。它每79天繞黑洞一周。研究人員稱之為「驚人的圓形」軌道。

另一個探測到的質量範圍相似的黑洞GW150914的質量約為62個太陽質量。它是由一對雙星中的兩個黑洞碰撞產生的。這是人類第一次直接探測引力波。儘管它不在銀河系中，但它確實顯示了一種黑洞形成的方式。

然而，新發現的LB-1仍然有它的雙星搭檔。一種可能性是，LB-1是由兩個黑洞的碰撞形成的，這兩個黑洞後來捕獲了這顆恆星，但是它的伴星的圓形軌道成了一個問題。捕獲將產生一個高度偏心的橢圓軌道。隨著時間的推移，這個軌道趨於平滑，但它需要比恆星年齡更長的時間。

然而，另一種可能性是退回到超新星，在超新星中，從垂死恆星噴射出的物質立即落入超新星，從而直接形成黑洞。在某些條件下，這在理論上是可能的，但沒有直接的證據證明這一點。

研究人員在論文中指出，也許LB-1可能是直接證據。

不管它是如何形成的，LB-1突然成為銀河系中最有趣的物體之一，並且可能會有一系列後續的觀察。

「這一發現迫使我們重新研究恆星質量黑洞形成的模型，」大衛·雷茲說，他是佛羅裡達大學雷射幹涉引力波天文臺(LIGO)的主任，他沒有參與這項研究。

「在過去的四年裡，這個顯著的結果，加上LIGO處女座團隊探測到的兩個黑洞的碰撞，真正表明了我們對黑洞天體物理學認識的復興。」

作者:MICHELLE STARR

FY: Thom

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