科学|“灯下黑”！探索多年，离地球最近的黑洞竟然近在眼前！
简介：蓦然回首 ， 科学家们发现离我们地球最近的黑洞藏身在一片璀璨的星光中 。 冬日南天头顶的一个亮点 ， 其实是两颗临近的恒星 ， 而它们的旁边 ， 就是我们所知最近的黑洞 。 银河中藏着数不清的“隐形的目标” ， 最新的研究将从这两颗星的特性开始 。
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图解：HR 6819所在的望远镜座 。 这张天空的广角视图的中心即为HR 6819 ， 这两颗恒星非常接近 ， 看起来像一颗 。 三星系统还包括迄今为止发现的离地球最近的黑洞 。 图源：dogonews
在南半球的冬季 ， 一个蓝色的光点在望远镜星座的上方闪闪发亮 。 它看起来像是一颗闪亮的星星 ， 事实上 ， 是两个轨道相邻的恒星 ， 而它们旁边 ， 伴随着我们所知离地球最近的黑洞 。
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图解：HR 6819系统 。 该系统由两颗恒星组成（均为蓝色） ， 围绕黑洞（红色）旋转 。 图源：dogonews
最新发现的黑洞位于HR 6819恒星系统 ， 距离太阳系约1,011光年 。 今天 ， 通过天文学和天体物理学揭晓了这个看不见的天体 ， 并且将其锁定在轨道上 ， 那里还有两颗看得见的恒星 。 它的质量约为太阳的4倍 ， 比下一个黑洞离太阳的距离近了约2,500光年 。
【科学|“灯下黑”！探索多年，离地球最近的黑洞竟然近在眼前！】天文学家卡里姆·巴德里是加州大学伯克利分校的博士生 ， 他专门研究双星系统 ， 但是并没有参与其中 ， 他说：“它似乎一直隐藏在最显眼的地方 。 它是个足够亮的恒星[系统] ， 以至于人们早在80年代就一直在研究 。 但是 ， 似乎还有一些惊喜等待我们发现 。 ”
以人类的尺度来衡量 ， 1000光年是个遥远的距离 。 如果对银河系的模型进行缩放 ， 使地球到太阳的距离只有一根头发丝的宽度 ， 那HR 6819大约有4英里远 。 但是 ， 在银河系这样超过10万光年的宏伟的体系中 ， HR 6819实在太近了 ， 这也意味着银河系中充满了黑洞 。
主要研究作者、智利欧洲南方天文台（ESO）的天文学家托马斯·里维尼乌斯说：“如果你找到一个离你很近的人 ， 而你认为自己并不特别 ， 那么它们一定无处不在 。 ”
黑洞与恒星一起旋转
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图解：银河系中的所有恒星都绕着一个超大质量黑洞运行 ， 称为射手座A+ ， 最近研究人员发现 ， 它旁边可能存在第二个黑洞 。 大多数星系的中心都有一个超大质量的黑洞 ， 一个星系在与另一个星系合并后 ， 其中心可能有多个黑洞 。 图源：dailybruin
研究人员早就估计过 ， 银河系是数以亿计的黑洞的家园 ， 密度极高的物体 ， 其引力场也十分强大 ， 甚至是光都无法逃逸 。 但是 ， 事实证明 ， 发现这些黑暗的物体已极其困难 。 在星系中发现有十几个黑洞在气体云上“喂食”——当物质在黑洞边缘盘旋时 ， 这个过程会发射X射线 。 但是 ， 在我们这片星系中 ， 大多数黑洞是无法观测的 ， 因此 ， 只有通过找到周围受其引力影响的物质 ， 才能观察到它们 。
研究HR 6819的天文学家们根本没有寻找黑洞 ， 相反 ， 它们希望对一对彼此环绕的奇特恒星有更多的了解 。
在外侧的恒星被成为Be星 ， 它的质量是太阳的几倍大 ， 燃烧的热度更大 ， 光芒更蓝 。 在赤道 ， 这颗恒星的表面以每秒300英里的速度旋转 ， 比太阳赤道的旋转速度快200倍 。 里维尼亚斯说：“它们的旋转速度太快了 ， 以至于物质几乎会自行飞离 。 ”
早在2004年 ， 智利拉西拉天文台用MPG/ESO 2.2米望远镜对HR6819进行了为期四个月的观测活动 ， 发现该系统不是一对标准的双星 。 “正常”的内侧恒星似乎每40.3天绕另一个天体运行一次 ， 而较大的Be星则绕着内侧恒星和神秘的第三天体飞行 ， 这个距离更远 。
五年后 ， 欧洲南方天文台的斯坦·什特福带头重新审视观测结果 ， 其中暗示了HR 6819中有黑洞潜伏 。 但是2014年 ， 什特福在一场车祸中丧生 ， 导致该工作停止 。
里维尼乌斯是Be星方面的专家 ， 并长期与什特福共事 ， 2019年12月 ， 他找到了重新审视HR 6819的新理由 。 一个独立小组发表了一项研究 ， 详细描述了一个名为LB-1的星系 ， 这个星系中的黑洞约比太阳质量大70倍 。 这项工作立即引起了人们的注意 。 基于物理学家们对恒星质量的黑洞形成(由一种巨星的超新星遗留下来)的了解 ， 这种质量的黑洞不可能形成 。 当一颗大到可以产生如此大小黑洞的恒星死亡时 ， 它的爆炸方式使得所产生的碎片无法自行坍塌 。
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图解：中国的天文学家发现了一个恒星黑洞LB-1 ， 它非常巨大 ， 根据我们目前的黑洞形成理论 ， 它不应该存在 。 LB-1的质量是太阳的70倍 ， 但在这之前 ， 天文学家认为我们星系中的恒星黑洞不能超过太阳质量的20倍 。 图源：techeblog
然而 ， 里维尼乌斯的团队注意到 ， LB-1的数据和几年前使用的HR 6819时所看到的数据非常相似 。 他们开始描述系统中神秘的第三个天体 。 并且 ， 通过对内侧恒星轨道和亮度的计算 ， 发现这个看不见的天体至少比太阳的质量大4.2倍 ， 类似于银河系中已知的黑洞 。
看不见的目标
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图解：天文学家利用美国宇航局钱德拉X射线天文台和欧洲南方天文台在智利的超大型望远镜（VLT）的数据 ， 首次在银河系外发现了一颗特殊类型的中子星 。 图源：nasa
迪特里希·莱德是这项研究的共同作者 ， 也是ESO的名誉科学家 ， 他说如果这个天体大概是4个太阳的质量 ， 它不能成为一颗正常的恒星 ， 因为这么大的恒星是很容易被检测到的 。 中子星是一些超新星爆炸后留下的致密的恒星核 ， 这个恒星太庞大了 ， 以至于不能称之为中子星 。
只有一种天体可以解释这种测量结果：黑洞
巴德里说 ， 但是所有针对像HR 6819这样近在咫尺的多天体系统的研究 ， 都是在应对几个潜在的误差源 。 HR 6819的外侧恒星Be和内侧恒星离得太近了 ， 任何一台望远镜都解决不了它们的观测问题 。 只有通过它们发出的光的不同光谱来识别这两颗星 。
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图解：美国宇航局在我们的太阳系边缘发现了一个巨大的发光的“氢墙” 。 图源：nasa
在某些情况下 ， 老星外层氢气的“剥落”可以使其在外观上模仿更年轻、质量更大的星 。 如果HR 6819的外侧恒星这样模仿 ， 研究人员就不得不重新计算已经假设好的黑洞的质量 。
在后续工作中 ， 由该研究的共同作者彼得·哈达瓦领导的研究人员旨在“分离”HR 6819发出的光 ， 并且通过揭示这两颗恒星的精确的光谱来确定它们准确的身份 。 巴德里补充说 ， 欧洲航天局的盖亚太空望远镜正在以前所未有的精度绘制银河系地图 ， 它可能会提供更多关于HR 6819轨道的细节 。 由于这个系统离得太近了 ， 天文学家们使用干涉测量技术准确定位两颗恒星 ， 这种技术将几台望远镜连接起来 ， 与望远镜网络成功成像超大质量黑洞的轮廓的方式相似 。
该项研究的合作者、ESO博士后研究员玛丽安·海达说：“通常 ， 当黑洞的周围有一颗恒星时 ， 事实上我们时看不到恒星环绕黑洞旋转的 。 这系统太接近了 ， 我们应该能够看到它移动...这意味着 ， 如果所有的工作都发挥作用 ， 黑洞的质量都解决 ， 我们可以在黑洞质量上得到更好的控制 。 ”
然而 ， 随着研究人员对他们的计划进行下一步行动 ， 他们向什特福致敬 ， 这是首先发现黑洞的驱动力 。 里维尼乌斯笑着说：“斯坦非常谨慎 ， 他可能会注视着我说类似‘你真的确定吗？’这样的话 。 ”
作者: MICHAEL GRESHKO
FY: 武薇
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