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网球比分直播球探:南半球冬季夜空中頭頂的望遠鏡座HR 6819恒星系統 藏著距離地球最近的黑洞

這張藝術家想象圖描繪出HR 6819三體系統中的天體運行軌道。 這個系統的內側有一顆恒星(軌道以藍色顯示)和一個最近才發現的黑洞(軌道以紅色顯示),外側還有第三

這張藝術家想象圖描繪出HR 6819三體系統中的天體運行軌道。 這個系統的內側有一顆恒星(軌道以藍色顯示)和一個最近才發現的黑洞(軌道以紅色顯示),外側還有第三顆軌道較遠的恒星(軌道亦以藍色顯示)。 ILLUSTRATION BY ESO/L. CALÇADA

在這張由數字巡天2計劃(Digitized Sky Survey 2)所拍攝的廣視野影像中央,可以看到HR 6819恒星系統。 這兩顆恒星的距離極為接近,看起來

在這張由數字巡天2計劃(Digitized Sky Survey 2)所拍攝的廣視野影像中央,可以看到HR 6819恒星系統。 這兩顆恒星的距離極為接近,看起來似乎合而為一。 這個三體系統里,隱藏著迄今發現距離地球最近的黑洞。 IMAGE BY ESO/DIGITIZED SKY SURVEY 2. ACKNOWLEDGEMENT: DAVIDE DE MARTIN

(神秘的地球www.872967.live報道)據美國國家地理(撰文:MICHAEL GRESHKO 編譯:邱彥綸):距離地球最近黑洞,原來就藏身這里!這個大質量天體就藏身在肉眼可見的恒星系統之內。

南半球冬季的夜空中,頭頂的望遠鏡座(Telescopium)中有顆藍色光點閃爍不已。 夜空中的這個小點看上去像是顆明亮的恒星,但其實是兩顆近距離互繞的恒星──再加上另一個目前已知距離地球最近的黑洞。

這個新發現的黑洞位于HR 6819恒星系統內,距離我們的太陽系約有1011光年遠。 根據5月5日出版的《天文與天文物理學》(Astronomy & Astrophysics)期刊指出,這個不可見天體與另外兩顆可見恒星的軌道相同。 科學家估計這個黑洞的質量約為太陽的4倍,比之前發現距離我們最近的黑洞還要近了約2500光年。

美國加州大學伯克萊分校的博士生卡里姆. 巴德里(Kareem El-Badry)表示:「它似乎就藏身在眾目睽睽之下,」他的專長是雙星系統,但并未參與該研究。 他說:「這個恒星系統的亮度夠亮,因此科學家從1980年代就開始研究它了,但看起來它似乎還隱藏了一些驚喜等著我們。 」

以人類的尺度來看,1000光年的距離相當遙遠。 如果把地球與太陽之間的距離縮短為頭發的寬度,那么 HR 6819恒星系統就在大約6.4公里之外。 不過,從更大的尺度──直徑超過10萬光年的銀河系──來看,HR 6819恒星系統的距離相當近,而且這也顯示有許多黑洞散布在銀河系之中。

這篇研究論文的第一作者──歐洲南方天文臺(European Southern Observatory,簡稱ESO)的天文學家湯瑪士. 里維紐斯(Thomas Rivinius)表示,如果你發現了一個距離非常近的黑洞,而且你又覺得自己并不特別,那就表示一定到處都有黑洞存在。 」

與恒星一同打轉的黑洞

黑洞是一種非常致密的天體,它的重力場十分強大,甚至連光線都無法逃脫。 天文學家一直都估計有好幾億個黑洞存在銀河系之中,但是要找到這些黑暗的天體卻極為困難。 科學家發現銀河系里有幾十個黑洞在吞食附近的氣體團塊,這些物質繞著黑洞邊緣打轉時會釋放出X射線。 但是,銀河系里的大多數黑洞是看不見的。 因此,要發現它們的唯一方法,就是觀測周圍天體的重力效應。

其實研究HR 6819恒星系統的天文學家一開始根本就沒有要尋找黑洞,他們只是想深入了解這對彼此互繞運轉的奇特恒星。

較外側的恒星是顆Be星,它的質量比太陽還要大上幾倍,溫度更高,顏色也更藍。 這顆恒星赤道的自轉速度超過每秒482公里,比太陽赤道的自轉速度還要快200多倍。 里維紐斯說:「它們的自轉速度非???,恒星上的物質差一點就要飛出去了。 」

將時間倒轉回到2004年,當時天文學家利用智利拉西拉天文臺(La Silla Observatory)2.2公尺口徑的MPG/ESO望遠鏡,對HR 6819恒星系統進行了為期四個月的觀測研究。 他們發現有些跡象顯示這并不是個標準的雙星系統,「正常的」的內側恒星似乎以40.3天的周期繞著另一個天體運轉,而較大的Be星以更遠的軌道距離繞著內側恒星與神秘的第三個天體運行。

五年后,歐洲南方天文臺的斯坦. 斯特夫(Stan Štefl)率隊重新審視這次的觀測結果,其中就隱藏著黑洞藏身HR 6819恒星系統的線索。 但斯特夫于2014年不幸因車禍過世,讓這項研究工作陷入停滯。

2019年11月,曾與斯特夫長期共事的Be星專家──里維紐斯找到了重新觀測HR 6819的新理由。 另一個團隊發表的研究宣稱在LB-1恒星系統中發現了一個70倍太陽質量的黑洞,這個發現讓人跌破眼鏡。 根據物理學家對恒星質量級黑洞形成的認識,黑洞是由大質量星發生超新星爆發后所形成的——如果是這樣的話,應該不可能有70倍太陽質量的黑洞形成。 當足以產生如此大質量黑洞的恒星死亡時,爆炸產生的殘骸并不會往回掉落。

然而,里維紐斯的團隊留意到, LB-1恒星系統的觀測數據與HR 6819恒星系統極為相似。 因此他們開始描述HR 6819恒星系統中第三個謎樣天體的特征。 根據對內側恒星公轉軌道及亮度的計算,他們發現這個不可見天體的質量起碼是太陽的4.2倍──與銀河系內其他已知黑洞的質量差不多。

看不見的目標

這篇研究論文的共同作者──歐洲南方天文臺的榮譽科學家迪特里希. 巴德(Dietrich Baade)認為,如果這個天體的質量約為太陽的四倍,那它就不可能是顆普通的恒星,因為那么大的恒星會非常容易探測到。 此外,這個天體的質量也太大,不可能是顆中子星(由某些超新星爆發后留下的恒星核心)。

只有一種天體能解釋這個計算結果:黑洞。

但巴德里表示,所有對像HR 6819這類包含多個近距離天體恒星系統的研究,都得要應付一些潛在的誤差來源。 HR 6819外側的Be星和內側恒星之間的距離太近了,無法使用任何的光學望遠鏡將它們解析開來。 只有藉由這兩顆恒星所發射出的不同光譜,才能分辨出它們。
有時候,較老恒星外層的氫「剝離」后,會與更年輕、質量更大的恒星看起來很類似。 如果HR 6819系統的內側恒星就是這種狀況,那么研究人員就得重新計算這個假想黑洞的質量。

在後續的研究中,論文共同作者彼得. 哈德拉瓦(Petr Hadrava)帶領研究者努力「解開」HR 6819系統發出的光線,厘清這兩顆恒星的準確光譜,以確定它們的特性。 巴德里補充道,歐洲太空總署(ESA)的蓋亞(Gaia)太空望遠鏡正在以前所未有的精度觀測銀河系,這可以提供有關HR 6819系統內天體公轉軌道的更多細節。 由于這個恒星系統與我們的距離非常近,天文學家可以利用一種稱為干涉法(interferometry)的技術,結合許多望遠鏡的觀測資料,來精確地分辨出這兩顆恒星。 先前科學家也是用這種技術,以望遠鏡網絡拍攝超大質量黑洞的輪廓。

「通常,如果在黑洞周圍有顆恒星時,我們其實看不到恒星繞著黑洞運轉,」這篇論文的共同作者──歐洲南方天文臺的博士后研究員瑪莉安. 海達(Marianne Heida)表示,「但這個系統與我們的距離這么近,我們應該能夠看到它的運動...... 這代表如果一切順利,我們就能更精確地掌握黑洞的質量。 」

研究人員正在規劃接下來該如何繼續進行研究,它們也將這份榮耀歸給斯坦. 斯特夫,因為他是一開始推動發現這個黑洞的主要力量。 「斯坦非常小心謹慎,」里維紐斯微笑著說,「他可能現在就在看著我,然后問我:你真的確定嗎? 」




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