双星系统中正常的伴星和变异的黑洞

最近的黑洞就在我们的宇宙后院

（艺术家对黑洞盖亚BH1的想象，在它的伴星附近。这是迄今为止我们发现的离地球最近的黑洞，是用夏威夷的双子北望远镜发现的。通过International Gemini Observatory/ NOIRLab/ NSF/ AURA/ J. da Silva/ Spaceengine/ M. Zamani拍摄的图像。）

有恒星般质量的黑洞既奇异又迷人。它们也大多非常遥远，可能分布在我们的星系和其他星系中。2022年11月2日，天文学家在夏威夷使用双子北望远镜发现了距离地球最近的黑洞，被称为盖亚BH1。这个黑洞距离我们大约1600光年，位于蛇夫座的方向。这离我们有很长一段距离。但它是迄今为止距离最近的黑洞。而且，从银河系的角度来看，它就位于宇宙的后院。

盖亚BH1：迄今为止发现的最近的黑洞

此前，来自欧洲航天局盖亚飞船的数据使研究人员认为这个恒星系统（黑洞的伴星）中可能存在黑洞。现在，NOIRLab运营的双子北望远镜已经证实了这一点。黑洞的伴星是一颗类太阳恒星，围绕黑洞运行的距离与地球距离太阳的距离大致相同。

主要作者、哈佛-史密森天体物理中心和马克斯·普朗克天文研究所的天体物理学家Kareem El Badry表示：

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置太阳，你就得到了这个系统。虽然已经有许多发现声称检测到这样的系统，但几乎所有这些发现都随后被反驳了。这是第一次明确地探测到银河系中围绕恒星质量黑洞的宽轨道上的类太阳恒星。

黑洞的引力导致恒星运动的微小不规则性，这是盖亚之前就探测到的。考虑到这一点，双子北望远镜测量了伴星围绕黑洞运行时的速度。通过这样做，它提供了对其轨道周期的精确测量。正如El Badry所解释的那样，双子北望远镜的后续观测机会窗口也很窄：

当我们第一次有迹象表明该系统包含一个黑洞时，我们只有一周的时间，这两个物体在轨道上的距离最近。在这一点上的测量对于在二进制系统中进行精确的质量估计至关重要。双子北望远镜在短时间内提供观测的能力对该项目的成功至关重要。如果我们错过了那个狭窄的窗口期，我们将不得不再等一年。

一个休眠的有恒星质量的黑洞

盖亚BH1的质量大约是太阳的10倍，使其成为一个有恒星质量的黑洞。其他黑洞，比如星系中心的黑洞，包括我们自己的黑洞，质量可能比这个大得多。这个新发现的黑洞也处于休眠状态。这意味着它不再像活跃的黑洞那样发射X射线。

科学家表示，我们的星系中可能有数百万个有恒星质量的黑洞。然而却很难找到它们，只有少数得到了证实。当它们有伴星时，就像盖亚BH1一样才最容易找到它们。黑洞与恒星之间的高能相互作用使其更容易被探测到。当恒星的物质螺旋状地进入黑洞时，就会发生这种情况。当黑洞以这种物质“为食”时，它会产生X射线，物质喷流从黑洞附近喷出。

正如El Badry所指出的：在过去的四年里，我一直在使用各种数据集和方法寻找休眠的黑洞。我之前的尝试——以及其他人的尝试——发现了一大群伪装成黑洞的双星系统，但这是搜索第一次取得成果。

我们对双子北望远镜的后续观测毫无疑问地证实，该双星包含一颗正常恒星和至少一个休眠黑洞。我们找不到任何合理的天体物理学场景来解释观测到的系统轨道不涉及至少一个黑洞。

正如论文所说，研究人员没有发现对这些观察结果的其他解释：我们没有发现任何合理的天体物理学场景可以解释其轨道，并且不涉及黑洞。

一个特别的系统

当然，这一发现本身令人兴奋，但天文学家仍有许多疑问。科学家表示，最初的恒星——后来成为黑洞——的质量将是太阳的20倍。如果是这样的话，它应该只活了几百万年。对于一个恒星来说，这是一个非常短的寿命。但如果这颗恒星和它的伴星同时形成，那么原来的恒星应该已经变成了超巨星。然后它就会在这个过程中吞噬伴星。然而，这显然没有发生，因为伴星仍然在那里。这颗伴星会以某种方式幸存下来吗？

这颗伴星仍然存在的事实是一个谜。这意味着我们的黑洞理论模型可能存在差距。正如El Badry评论的那样：有趣的是，这个系统不容易被标准的二进制进化模型所适用。它提出了许多关于这个双星系统是如何形成的问题，以及这些休眠的黑洞中有多少。

美国国家科学基金会双子计划官员Martin Still补充道：虽然这可能预示着未来我们银河系中休眠黑洞种群的发现，但这些观测结果也留下了一个有待解开的谜团：尽管与它的奇异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？

BY:Paul Scott Andersonand

FY: Raywannabethelight

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来源: 天文在线