天文学家刚刚找到了离地球最近的黑洞。

而且更有可能潜伏在附近。
Two starts orbiting a black hole, as portrayed by an illustrator
经过足够多的放大,许多恒星可能看起来就像这个系统一样,有一个或多个恒星围绕着一个肉眼看不见的黑洞运行。ESO/L. Calçada

夜空中闪烁的光点常常会欺骗人的肉眼。以天狼星为例,它是(太阳之外)我们最明亮的恒星。用足够强大的望远镜放大后,它会分裂成两个恒星伴侣——天狼星A和天狼星B。其他系统则有三个、四个甚至更多的恒星。正如行星围绕恒星运行形成太阳系一样,恒星之间也会相互作用形成自己的系统。

南半球的敏锐观星者可能只能勉强在望远镜座中看到其中一个这样的系统。虽然这个不起眼的亮点对肉眼来说并不起眼,但过去对其闪烁光线的分析已经发现了双星。现在,后续的观测发现了隐藏在黑暗中的第三个伴星的痕迹。研究人员周三在《天文学与天体物理学》杂志上报道称,这个不可见的伴星质量是太阳的四倍多,但却不发出任何可探测的光,几乎可以肯定是黑洞。最引人注目的是,这个系统距离我们的太阳系只有1000光年,比任何其他已知的黑洞都要近。这一意外的发现为天体物理学家长期以来的假设提供了证据:它是一个黑洞星系,而我们就生活在其中。

“近处存在的,就一定到处都存在,”论文合著者、欧洲南方天文台天文学家Thomas Rivinius说。

黑洞是质量至少是太阳几十倍的任何恒星生命的终结阶段,因此,它们填满了银河系是自然的。理论家预测,银河系的旋臂中可能散布着数十亿个黑洞——平均每几百颗恒星就有一个。但是,一旦一颗巨大的恒星熄灭,爆炸并坍缩成一个密度极高、可以捕获所有入射光束的点,我们该如何找到它呢?

要找到一个孤立的黑洞几乎是不可能的,但许多黑洞并非孤立存在。天文学家已经发现了数十个吞噬伴星的巨型黑洞,这个过程实际上会使黑洞因炽热发光的气体落入其“嘴巴”而发出明亮的X射线。

真正黑暗的黑洞只能通过它们对位置恰好的恒星产生的拉力来暴露其存在:距离近到能感受到引力,但又远到足以避免被“吞噬”。Rivinius表示,有少数几个星系系统显示出拥有一个黑暗成员的迹象,尽管他认为只有一两个是确定的。然而,所有这些候选者距离地球都有数千到数万光年,甚至更远。(许多其他著名的黑洞,例如第一个被成像的黑洞,存在于数百万光年外的其他星系中)。

望远镜座中那个昏暗的点就此出现。Rivinius最初的兴趣并没有那么奇特。他只是想知道为什么外层恒星几乎要以自毁的方式旋转,而内层恒星转动得更慢。

尽管1000光年对于天文学家来说已经算很近了,但对于大多数光学望远镜来说,这仍然太远,无法分辨出单独的恒星,所以他和他的同事将那个光点分解成各种成分,并分析了某些颜色是如何变化的。他们在智利拉西拉天文台的四个月里反复观测了这个系统,发现内层恒星会以大约40天为一个周期来回摆动,这表明它与一个质量至少是太阳4.2倍的伴星在“跳舞”。但是,如果那里有一个恒星伴侣,它会在数据中留下一个相对的摆动,但那里只有黑暗。

研究人员排除了简单的替代解释,例如这个看不见的伴侣是一颗异常昏暗的恒星。更奇特的可能性——例如三颗类日恒星像三个穿着同一件风衣的小孩一样组合在一起——虽然有可能但不太可能。确凿的证据还需要通过干涉测量术进行后续观测,这是一种能够分离系统中恒星的天文学技术。

如果这个系统确实如它看起来那样,那么它最显著的特征可能在于它的平凡:一个普通的黑洞与两颗普通的恒星在我们银河系的“后院”(1000光年仅占银河系宽度的约1%)中运行。天文学家们常常寻找颠覆性的天体——最大、最亮、最猛烈的。但这个三星系统代表了一种不同的发现。它说明了这类系统应该有多么普遍,相当于在天文学上向窗外看一眼就看到一只松鼠。

除了支持一个星系中散布着普通黑洞的理论图景外,这个三星系统还为我们提供了了解恒星死亡的窗口。天体物理学家知道,当一颗大质量恒星在超新星爆发(正如这个黑洞可能曾经发生的那样)时,它会发出冲击波,这通常会将伴星炸飞。模型预测了这种现象,天文学家也看到了在银河系中以难以解释的速度飞行的未连接恒星。但这个黑洞却设法留住了它的两个伴星,这表明它释放的能量海啸并没有均匀地向各个方向扩散。

很可能还有许多这样的黑暗黑洞等待被发现,而研究人员可能几乎不需要观测夜空就能找到它们。Rivinius说:“你需要开发出寻找它们的方法。你需要挖掘现有的数据。”来自Rivinius及其同事收集的附近的双星和三星系统的这类数据填充了天文学数据库,任何天体物理学家都可以通过键盘访问。

 

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Charlie 是一名记者,报道地球内外物理科学领域的发展。除了《流行科学》,他的作品还发表在《Quanta Magazine》、《Scientific American》、《The Christian Science Monitor》等刊物上。此前,他曾在莫桑比克和日本教授物理和英语,并在布朗大学学习物理。您可以在这里查看他的网站。


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