天文学家发现距离地球最近的黑洞
天文学家发现距离地球最近的黑洞
天文学家在夏威夷使用双子座北望远镜,观测发现了距离地球最近的黑洞,将其命名为 Gaia BH1。这个休眠黑洞的质量约为太阳质量的10 倍,位于蛇夫座约 1,600 光年之外,比之前的记录保持者(麒麟座的 X 射线双星)离地球近三倍。
这一新发现是通过对黑洞伴星的运动进行精细观察而实现的,这是一颗类似太阳的恒星,它围绕黑洞运行的距离与地球绕太阳运行的距离大致相同。
“以太阳系为例,在太阳所在的地方放一个黑洞,在地球所在的地方放一个太阳,你就得到了这个系统,”天体物理学中心的天体物理学家 Kareem El-Badry 解释说 | 哈佛和史密森尼学会和马克斯普朗克天文学研究所,以及描述这一发现的论文的主要作者。
“虽然有许多声称检测到这样的系统,但几乎所有这些发现随后都被驳斥了。这是在我们银河系中恒星质量黑洞周围的宽轨道上首次明确检测到一颗类太阳恒星。”
尽管可能有数百万个恒星质量的黑洞在银河系中漫游,但少数被发现的黑洞是通过它们与伴星的能量相互作用而被发现的。当来自附近恒星的物质盘旋进入黑洞时,它变得过热并产生强大的 X 射线和物质射流。如果黑洞没有主动进食(即处于休眠状态),它只会与周围环境融为一体。
在过去的四年里,科学家们一直在使用各种数据集和方法寻找休眠的黑洞。通过分析来自欧洲航天局盖亚航天器的数据确定该系统可能存在黑洞。盖亚捕捉到了由看不见的大质量物体的引力引起的恒星运动中的微小不规则性。为了更详细地探索该系统,研究人员利用 Gemini North 的 Gemini Multi-Object Spectrograph 仪器,该仪器测量了伴星绕黑洞运行时的速度,并提供了对其轨道周期的精确测量。
双子座后续观测对于限制双星系统中两个组成部分的轨道运动和质量至关重要,观测团队能够确定中心天体是一个大约为太阳质量10倍的黑洞。该团队不仅依靠 Gemini North 强大的观测能力,以及 Gemini 在紧迫的期限内提供数据分析的能力,因为该团队只有很短暂的窗口期可以进行后续观察,一旦错过,就只能再等一年。
天文学家目前的双星系统演化模型很难解释盖亚 BH1 系统的奇特结构是如何产生的。具体来说,后来变成新发现的黑洞的前身星的质量至少是我们太阳的 20 倍。
这意味着它只活了几百万年。如果两颗恒星同时形成,这颗大质量恒星将很快变成一颗超巨星,膨胀并吞噬另一颗恒星,它还没有时间成为像我们的太阳那样真正燃烧氢的主序恒星。
天文学家们目前还不清楚这颗太阳质量的恒星是如何在这一事件中幸存下来的,并最终成为一颗看似正常的恒星。正如对黑洞双星的观测所显示的那样,允许存活的理论模型都预测,太阳质量的恒星最终应该在一个比实际观测到的更紧凑的轨道上运行。
这可能表明我们对黑洞如何在双星系统中形成和演化的理解存在重要差距,同时也表明,在双星系统中存在着尚未被探索的休眠黑洞种群。
天文学家总结到标准的二元进化模型很难适应这个系统。并提出了许多关于这个双星系统是如何形成的问题,以及外面有多少休眠黑洞。
美国国家科学基金会双子座项目官员马丁·斯蒂尔说:“作为空间和地面天文台网络的一部分,双子座望远镜不仅为迄今为止最近的黑洞提供了强有力的证据,而且还提供了第一个原始黑洞系统,没有受到通常与黑洞相互作用的高温气体的干扰。”
虽然这可能预示着未来在我们的银河系中发现预测的休眠黑洞种群,但观测结果也留下了一个有待解决的谜团——尽管它与外来邻居有着共同的历史,但为什么这个双星系统中的伴星如此正常?
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