哈利与萨莉。特里斯坦与伊索尔德。奇普与戴尔。都是标志性的二人组合。但它们与 X9 相比算不了什么。
这个双星系统位于被称为 47 杜鹃座的致密球状星团中——距离地球约 14,800 光年。长期以来,人们一直认为它由一对恒星组成:一颗与我们太阳大小相当的恒星围绕着一颗行星大小、超致密的白矮星运转,白矮星缓慢地从较大的恒星吸取物质。但事实证明,那颗类日恒星可能是一颗 白矮星,而所谓的白矮星则实际上是一个黑洞。
这标志着科学家们首次在此类与黑洞成对的双星系统中发现如此小的恒星。还有更多:这颗矮星每 28 分钟绕 黑洞 旋转一次。这是科学家们在任何黑洞和恒星对中观测到的最近的轨道。
“我们怀疑它们已经这样存在了数百万甚至数十亿年,”加拿大阿尔伯塔大学和密歇根州立大学的 Arash Bahramian 说。Bahramian 是发表在《皇家天文学会月报》上的一项关于该系统 新研究 的第一作者。“我们目前的理解是,这个系统是稳定的。它可能会再保持数百万年。”
虽然这颗白矮星似乎没有完全被黑洞吞噬——或者被远程撕裂的危险——但它正源源不断地为它的伴侣提供气体和尘埃。天文学家们从未见过黑洞成功地吞噬如此小的恒星,但 X9 极其紧密的轨道——这对天体之间的距离可能只有地球和月球之间距离的 2.5 倍——使得这种“吸血”成为可能。
即使 X9 没有成为同类系统中最为紧密、最为“白矮星化”的双星系统这一独特之处,Bahramian 和他的同事们仍然会因为发现它而感到兴奋:在黑洞周围发现绕行的恒星并不罕见,但在 47 杜鹃座这样古老而致密的球状星团中发现这样的双星对却非常罕见。而所有证据都表明,那里应该存在——或者曾经存在——大量的此类相互作用。星团本应充满黑洞,这些黑洞是由巨大的、内爆的死亡恒星形成的,而密集的恒星交通应该在该区域产生大量的有趣互动。
“尽管我们预计球状星团中会有很多这样的系统,但我们发现的数量却出奇地少,”Bahramian 说。“直到几年前,这个数字还是零。我们曾认为也许今天已经没有剩下可以看到的了——也许黑洞因为与星团的相互作用获得了很大的速度而被踢出了星团,并在形成后迅速离开了星团。但随后有证据表明,有些应该存活至今。”
在过去十年左右的时间里,天文学家们终于开始找到这些系统——但 Bahramian 说,他们仍然只找到了“一小把”。“而现在,这就是其中之一。”
研究这类系统可以帮助科学家们理解黑洞、恒星和球状星团的演化。在这种情况下,Bahramian 和他的同事们怀疑 X9 曾经确实是天文学家们长期以来所怀疑的那样:一对恒星,其中较小的一颗被黑洞吞噬,留下了白矮星——一颗生命最后阶段的小恒星——围绕着一个黑暗的伴侣运转。也有可能是这颗恒星曾经是一颗红巨星(一颗垂死的、巨大而炽热的、充满气体的恒星,最终会塌缩形成白矮星),它被黑洞撞击了。它们的碰撞可能让黑洞剥离了红巨星的气体,使其过早地进入生命中的白矮星阶段。
理论上,我们可以利用引力波来了解更多关于这个系统的信息。这些时空中的涟漪由存在的每一个物体向四面八方辐射,但像黑洞这样巨大的天体发出的信号我们有一定的希望能够探测到。由于引力波在传播过程中不会衰减或与物质相互作用,我们可以读取那些太小、太远、太暗以至于无法通过其他方式看到的物体的信息,比如黑洞。不幸的是,世界上唯一的引力波观测台不够强大,无法探测 X9 的秘密。但研究人员希望,计划中的未来引力波天文台——那些将在太空中运行的——能够帮助他们更详细地研究这个系统。