科学家首次发现“黑洞三合体” 推翻原有认知

Daphane

來源:大紀元



黑洞示意图。(Shutterstock)

【大纪元2024年11月08日讯】（大纪元记者笛睿编译报导）天文学家一般认为，恒星质量的黑洞通常是在恒星经历超新星爆发后崩塌而形成的。然而，首个三重黑洞系统“天鹅座V404”（V404 Cygni）的发现推翻了原有认知。

这个黑洞的周围有一颗与之非常接近的恒星（每6.5天绕行一次）和一颗非常远的恒星，其距离是冥王星到太阳距离的100倍。

一项新研究进行了数千次的模拟，以探讨这个黑洞的形成过程，并发现“直接崩塌”（direct collapse）是最可能的情况，即黑洞在没有超新星爆炸的情况下形成。

天鹅座V404可能不是一个家喻户晓的名字，但它早已经成为约1,300篇科学论文的研究对象，且这一数字仍在增加中。这是因为这个微型类星体包含一个于1992年确认的黑洞，它是首批确认的黑洞之一。自那时以来，它一直是密集研究的对象。即使经过三十年的深入研究，距离地球约8,000光年的天鹅座V404仍然给天文学家带来不少惊喜。

发现三体黑洞系统

麻省理工学院和加州理工学院的科学家们最近发现，这个黑洞并不是二元系统的一部分，二元系统是说一颗恒星绕着一个黑洞运行，这是最常见的情况。而天鹅座V404实际上是一个三体黑洞系统的一部分，这意味着有两颗恒星绕着这个具有恒星质量的黑洞运行。研究团队分析了一个名为Aladin Lite 的汇总了大量望远镜观测结果的资料库，并参考了欧洲太空局（ESA）的Gaia卫星收集的恒星运动数据，最终确认了他们的初步结论。

他们的研究显示天鹅座V404实际上拥有两颗恒星：一颗已知的恒星非常接近黑洞运行，另一颗新发现的恒星在70,000个地球年的轨道上运行，距离约为太阳与冥王星距离的100倍。这项研究的结果于10月23日发表在《自然》（Nature）期刊上。

“这个系统对于黑洞演化研究来说非常令人兴奋，并且也引发了是否还有更多类似三体系统的问题，”来自麻省理工学院的研究主笔Kevin Burdge在一篇新闻稿中表示。“我们认为大多数黑洞是由恒星的剧烈爆炸形成的，但新发现对这一点提出了质疑。”

直接崩塌而非超新星爆发

黑洞以其难以研究而著称，因为已知物理学在其“事件视界”（event horizon）之内会失效，不过天文学家至少理论上认为具有恒星质量的黑洞是由比我们的太阳大得多的恒星在超新星爆炸后崩塌而形成的。这一超新星爆发会产生所谓的“出生推进力”（natal kick），而会使其引力边缘的任何物体摆脱引力束缚而逃逸。然而，天鹅座V404周围的遥远恒星的存在违背了这一假设。

“想像一下你在拉一个风筝，但不是用一根强韧的线，而是用一根蜘蛛丝，” Burdge 在新闻稿中表示。“如果你拉得太用力，丝就会断，你会失去风筝。重力就像这个几乎没有束缚力的蜘蛛丝，若对内部的双星系统进行任何剧烈的改变，你就会失去外部的恒星。”

为了了解天鹅座V404的形成过程，Burdge进行了一系列模拟，寻找能够保留运行于黑洞周围轨道的遥远恒星的情境。在进行了数千次模拟后，其中一些模拟涉及超新星，而另一些则模拟了一种称为“直接崩塌”的概念，这种情况下恒星基本上跳过了爆炸性的超新星阶段。而最简单的解释天鹅座V404当前状态的方法就是“直接崩塌”。

这颗外部的恒星还为天文学家提供了更多有关它所绕行黑洞的信息。由于这颗恒星目前正在过渡到红巨星阶段，因而研究人员估计这个三体黑洞系统的年龄约为四十亿年。Burdge告诉Space.com，未来的研究希望能进一步了解这个引人入胜的三体系统，特别是外部恒星的轨道形状为圆形还是偏心圆。他希望欧洲太空局的超大望远镜上旨在追踪遥远恒星的微小运动的“GRAVITY”仪器能为人类研究这个特殊的黑洞系统提供进一步的线索。