|
周五 · 深空探测 | 周六 · 茶余星话 | 周日 · 视频天象 翻译：李远飞 校对：王延昕 排版：况宇庭 后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤 胡永威 小质量黑洞把伴星红巨星扭曲成为水滴形 图源：Lauren Fanfer / Ohio State University 近来，科学家们发现了一个不寻常的黑洞。它是有记录以来最小的黑洞之一，也是迄今为止发现的离地球最近的黑洞。 研究员给它取了个名字：“独角兽”。这个名字有两层原因：一是到目前为止，这个黑洞还是它种类中唯一的一个；二是由于它位于麒麟座 (Monoceros)，而其原意直译过来就是独角兽星座。这些发现于4月21日被发表在《皇家天文学会月刊》杂志上。 官方制作的黑洞“独角兽”精美图像！😏 图源：Matt Stoessner/Ohio State motion graphic '在我们检查数据的时候，这个'独角兽’黑洞突然就冒出来了，'第一作者塔林杜·贾亚辛格说，他是俄亥俄州立大学的天文学博士生和校长奖学金获得者。 “独角兽”的质量大约是我们太阳的三倍，对于一个黑洞来说非常非常小。即使是在整个宇宙中，我们也很少发现这种质量级别的黑洞。它位于银河系内，距离地球约1500光年。在贾亚辛格开始分析它之前，它基本上是隐藏在众目睽睽之下。 科学家们无法直接看到黑洞——顾名思义，它们是“黑”的。他们不仅是在人类视觉中显得黑，对于天文学家用来测量各种其他波长光谱的仪器来说也是如此。不过这次，天文学家们可以看到黑洞的伴星V723 Mon——一颗红巨星，两者被彼此的引力所束缚。这颗恒星已经被包括俄亥俄州的KELT、自动化全天巡视ASAS（ASAS-SN的前身，现由俄亥俄州立大学管理运作）和凌星系外行星巡天卫星TESS（NASA搜索太阳系外行星的卫星）在内的望远镜系统充分记录。然而，虽然我们早就有了关于这颗伴星的数据，但还从没有以这种方式分析过它。 V723 Mon是一颗亮度为8.3的红巨星变星，质量和我们的太阳差不多，但比太阳体积大25倍左右。天文学家以前曾把它记录为食双星系统的一部分，从地球的角度看，大约每隔60天就有第二颗看不见的恒星经过它。 然而，当贾亚辛格和其他研究人员分析V723 Mon的数据时，他们注意到似乎有一些看不到的东西正绕着这颗红巨星运行，导致来自这颗恒星的光线在轨道的不同地点发生强度和外观上的变化。 V723 Mon系统运行时的不同状态，当我们看到他们距离最远时可以看到该红巨星产生形变。（黑点大小与黑洞实际状态无关，只作标识之用） 图源：Jayasinghe, T., et al. (2021) 他们意识到，有东西在拉扯红巨星，改变着它的形状。这种拉扯效应被称为潮汐畸变，为天文学家提供了一个信号表明有东西在影响着这颗恒星。这个东西一种可能的身份便是黑洞，但它必须非常小，质量不超过五倍太阳质量，能被归入被天文学家称为 '质量间隙 '的尺寸范围。直到最近，天文学家们才认为这样质量的黑洞是有可能存在的。 '当你以不同的方式思考时（也就是我们在做的事情），你会发现不同的东西，'这项研究的共同作者、俄亥俄州立大学的天文学教授和大学杰出学者克里斯·斯塔内克说，'塔林杜看到的是一个很多其他人都观察过的东西，但他并没有否定它是一个黑洞的可能性，而是说：'好吧，如果它可能是一个黑洞呢？’' 图源：Matt Stoessner/Ohio State motion graphic 这种潮汐破坏是由它看不见的同伴——黑洞的潮汐力产生的。 当大多数大质量的恒星死亡时，它们会在自身的引力作用下坍塌，留下一个黑洞；当质量稍小的恒星死亡时，它们会在爆炸成为超新星，继而留下被称为中子星的致密遗迹。数十年来，天文学家一直对中子星和黑洞之间的一个差距感到困惑：已知最重的中子星不超过2.5个太阳质量，而已知最轻的黑洞约为5个太阳质量。一直未被解答的问题就是：在两个质量级之间所谓的质量间隙中是否存在任何东西？ 在双星系统中的黑洞和中子星更易于被观测，无论我们是通过它们的引力波（黑洞和中子星分别为蓝色和橙色）还是通过它们的电磁辐射（分别为紫色和黄色）发现它们。中子星和黑洞之间似乎有一个 '质量差距'，天文学家正在积极寻找证据来确认它。 图源：LIGO-Virgo / Northwestern U. / Frank Elavsky & Aaron Geller '正如月球的引力能够扭曲地球上的海洋，导致海洋朝向或背离月球升起落下，从而产生潮汐。黑洞也能将恒星扭曲成一个类似橄榄球的形状，有长轴和短轴，'该研究的共同作者、俄亥俄州的天文学系主任和大学杰出学者托德·汤普森说。'最简单的解释是它是一个黑洞。在这种情况下，最简单的解释也就是最有可能的解释。' 这颗红巨星的速度、轨道周期以及潮汐力扭曲红巨星的方式可以反映这个黑洞质量的大小。经过计算，他们发现这个黑洞大约只有三个太阳质量。 图源：Matt Stoessner/Ohio State motion graphic 在过去的大约十年里，天文学家和天体物理学家一直都想弄清楚我们找不到质量在“质量间隙”中的黑洞的原因。是因为使用的系统和方法不够复杂导致我们无法发现它们吗？还是这样的黑洞根本不存在？ 然后，大约18个月前，由汤普森领导的这个俄亥俄州研究小组的许多成员在《科学》杂志上发表了一篇科学论文，为这一类型的黑洞的存在提供了强有力的证据。这一发现鼓舞了贾亚辛格和世界各地的人来认真寻找更小的黑洞。于是，他们真的找到了'独角兽'。 寻找并研究银河系中的黑洞和中子星对于研究太空的科学家来说至关重要，因为它能够告诉他们恒星形成和死亡的方式。 但是，寻找和研究黑洞是困难的，这几乎包含在黑洞的定义里：单个黑洞不会像其他天体一样在太空中发出电磁射线。它们在电磁频段上是沉默而黑暗的，用来研究其他天体的方法在这里并不适用。大多数黑洞的发现要归功于它们与一颗伴星发生的相互作用，这会产生大量的X射线——天文学家能够观测这些X射线。通常我们通过沉积盘、质量转移或是X射线发射来识别黑洞，但宇宙中也有“相敬如宾”的黑洞与伴星，叫做“无相互作用”黑洞，只会给伴星造成变形，但并没有更实质上的影响。 近年来，更多试图找到小型黑洞的大规模实验已经启动。汤普森说他期待未来看到更多类似的，质量位于'质量间隙'的黑洞被发现。 他说：'我认为整个领域正在朝着这个方向努力，来真正明白宇宙中有多少低质量、多少中等质量和多少大质量黑洞。因为每当人们发现一个黑洞，它都能够提供关于恒星崩溃、爆炸还是处于两者之间的线索。
|
