一个新的搜索方法刚刚结出硕果,真是多汁啊。天文学家发现了一个恒星质量的黑洞,其质量大约是太阳质量的 70 倍,但根据当前的恒星演化模型,它的大小是不可能的,至少在银河系是这样。
银河系最大质量恒星的化学成分表明,它们在生命结束时,在恒星核心塌陷成黑洞之前,通过爆炸和强大的星风失去了大部分质量。
质量范围内可以产生黑洞的大恒星预计将在所谓的“黑洞”中结束自己的生命。配对不稳定超新星完全消灭了恒星核心。因此,天文学家们正在绞尽脑汁地试图弄清楚这个名为 LB-1 的黑洞是如何变得如此坚硬的。
”根据大多数当前的恒星演化模型,这样的质量甚至不应该存在于我们的银河系中。”said astronomer Jifeng Liu中国国家天文台.
“LB-1 的质量是我们想象的两倍。现在理论家将不得不接受解释其形成的挑战。”
探测黑洞的方法真是巧妙。
黑洞实际上是不可见的,除非它们正在积极地吸积物质(这一过程会在整个光谱中发出多种波长的光)。它们不会发出任何我们可以检测到的辐射——没有光,没有无线电波,没有X射线,没有拉链,没有。但这并不意味着我们的检测工具包中没有任何东西。
早在 1783 年,英国自然科学家约翰·米歇尔(第一个提出黑洞存在的人)提出,如果黑洞的轨道上有一些确实发光的物体(例如伴星),那么黑洞可能是可以被探测到的,而伴星会被拖曳在由此产生的双星系统的共同重心周围。
这现在被称为径向速度法,这是我们寻找和确认难以看到的系外行星存在的主要方式之一,因为它们对其恒星施加了微小的引力影响。它也可以用来寻找其他看不见的东西——比如黑洞。
刘和他的同事正在使用大天区多目标光纤光谱望远镜(拉莫斯特)在中国寻找这些不稳定的恒星,并在主序列中获得了成功蓝色巨星。
但需要使用强大的后续观察加那利群岛大望远镜在西班牙和凯克天文台在美国揭示科学家发现的惊人本质。
LB-1 的艺术家印象图。 (余景川,北京天文馆,2019)
这颗恒星的年龄约为 3500 万年,质量约为太阳的八倍,每 79 天绕黑洞运行一次,研究人员称之为“令人惊讶的圆形”轨道。
还检测到了另一个质量范围相似的黑洞,质量约为 62 个太阳质量——它是由双星对中的两个黑洞碰撞而产生的——GW150914,第一次直接检测曾经是人类制造的。它不在银河系中,但它确实提供了这种黑洞形成的一种方式。
但新发现的LB-1仍然有它的双星伴星。一种情况可能是LB-1由两个黑洞碰撞形成,然后捕获了这颗恒星——但它的伴星的圆形轨道在这里造成了一个问题。捕获将产生一个高度偏心的椭圆轨道。时间可以使这条轨道变得平滑,但这需要比恒星年龄更长的时间。
然而,一种可能性可能是后退超新星,其中从垂死恒星喷射出的物质立即落回其中,导致直接形成黑洞。这在某些条件下理论上是可能的,但目前还没有直接证据证明这一点。
研究人员在论文中指出,也许 LB-1 就是这种直接证据。
不管它是如何形成的,LB-1 突然成为银河系中最有趣的天体之一,一系列后续观测可能会随之而来。
“这一发现迫使我们重新审视我们的恒星质量黑洞如何形成的模型,”LIGO 主任 David Reitze 说道佛罗里达大学的教授,他没有参与这项研究。
“这一非凡的结果以及过去四年里 LIGO-Virgo 对双黑洞碰撞的探测确实表明我们对黑洞天体物理学的理解得到了复兴。”
该研究发表于自然。
编者注(2019 年 11 月 28 日):本文的早期版本错误地指出 GW150914 位于银河系。我们已经修正了错误。