天文学家已经发现了一个特别狡猾的黑洞 - 这一发现揭示了恒星死亡、黑洞形成和引力波

Idan Ginsburg, Academic Faculty in Physics & Astronomy, Georgia State University

Mon, July 25, 2022 at 8:10 PM

VFTS 243是一个由一颗巨大的炽热的蓝色恒星和一个黑洞彼此环绕的双系统，如本动画所示。 ESO/L.Calçada, CC BY

在黑洞研究领域，总有一些新的和令人兴奋的事情发生。

阿尔伯特·爱因斯坦于1922年首次出版了他的解释了广义相对论的书------其中假设了黑洞。一百年后，天文学家在银河系中心拍摄了黑洞的实际图像。在最近的一篇论文中，一组天文学家描述另一个令人兴奋的新发现：在银河系外观察到的第一个“休眠”黑洞。

我是一名天体物理学家已经研究宇宙中最密的天体黑洞近二十年。休眠黑洞是不会发射任何可探测的光的黑洞。因此，众所周知它们很难发现。这一新发现令人兴奋，因为它提供黑洞形成和演化的探究。这些信息对于理解引力波以及其他天文事件是至关重要的。

VFTS 243究竟是什么？

VFTS 243是一个双系统，这意味着它由两个环绕一个共同质心的天体组成。第一个天体是一颗非常热的蓝色恒星，质量是太阳的25倍，第二个天体是比太阳质量更大九倍的黑洞。VFTS 243位于大麦哲伦星云内的狼蛛星云中，麦哲伦星云是银河系的一个卫星星系，距离地球约163000光年。

VFTS 243中的黑洞被认为是休眠的，因为它没有发射任何可探测的辐射。这与其它强X射线被从黑洞检测到的双系统形成鲜明对比。

黑洞有一个约为33英里（54公里）的直径，与高能量恒星相形见绌，后者大约是高能量恒星的20万倍。两者都围绕一个共同的质心快速旋转。甚至用最强大的望远镜，视觉上看该系统似乎也是一个蓝点。

发现休眠黑洞

天文学家怀疑有数百个这样的双系统，其中黑洞不会发射隐藏在银河系和大麦哲伦星云中的X射线。当黑洞正在从一个伴星上剥离物质时黑洞最容易看到，一个被称为“进食” 的过程。

进食会产生一个围绕黑洞的气体和尘埃盘。当圆盘中的物质向内朝向黑洞落下时，摩擦将吸积盘加热到数百万度。这些热的物质盘发射大量的X射线。第一个以这种方式被探测到的黑洞是著名的天鹅座X-1系统。

天文学家多年来已经知道VFTS 243是一个双系统，但该系统是一对恒星还是一个单颗恒星和黑洞之间的舞蹈尚不清楚。为了确定哪个是正确的，研究双的团队使用了一种叫光谱解纠缠的技术。该技术将来自VFTS 243的光分离成它的组成波长，这类似于当白光进入一个棱镜不同的颜色被产生时发生的。

这项分析揭示了来自VFTS 243的光是来自单一来源，而不是两颗独立的恒星。没有可探测的来自恒星的伴星的辐射发放，唯一可能的结论是双内的第二个天体是一个黑洞，因此是银河系外发现的第一个休眠黑洞。

 在VFTS 243系统中，恒星伴星和黑洞（未显示缩放）彼此环绕。请注意，不存在吸积盘。ESO/L. Calçada, CC BY

为什么 VFTS 243 是重要的？

大多数质量小于100个太阳的黑洞都是由一颗大质量恒星坍塌形成。当这种情况发生时，往往有一个被称为超新星的巨大爆炸。

VFTS 243系统中的黑洞与恒星处于圆形轨道中的事实是没有超新星爆炸的强证据，否则这可能已经将黑洞踢出系统，或者至少扰乱轨道。相反，看起来前身恒星直接的坍塌来形成无爆炸黑洞。

VFTS 243系统中的大质量恒星只能再存活500万年------在天文时间尺度上一个眨眼。恒星的死亡应该造成另一个黑洞将VFTS 243系统转变为一个双黑洞。

迄今为止，天文学家已经检测到近100个事件，其中双黑洞合并并在空时中产生涟漪。但这些双黑洞系统怎样形成仍然是未知的，这就是为什么VFTS 243和类似的尚未被发现的系统对未来的研究如此重要的。也许自然界有一种幽默感------因为黑洞是存在中最黑暗的天体，不发射光，但它们照亮我们的宇宙的基本理解。

本文转载自会话（ The Conversation）,一个非营利性新闻网站，致力于分享学术专家的想法。它由乔治亚州大学易丹金斯伯格撰写（ Idan Ginsburg, Georgia State University）.