黑洞可能是黑色的,但它们不一定不可见。它们有各种尺寸,从微小到超大质量,一个关键的共同特征是:一个称为事件视界的边界,光线无法逃脱。然而,靠近恒星等天体的黑洞,在吞噬物质时会变亮,当过热的尘埃和气体漩涡坠入湮灭时会发出闪光。那些没有伴星的黑洞更难被发现,因为它们是黑色的,但它们仍然可以通过其对附近其他天体的引力效应间接探测到。
在发表于期刊天文学与天体物理学上的一篇论文中,研究人员表示,他们已经进行了这样的观测——揭示了可能已知离地球最近的黑洞。他们对HR 6819(一个原本不起眼的恒星系统,在南天望远镜座中肉眼隐约可见)的调查显示,其两颗已知恒星中的一颗似乎每40天绕一个看不见的天体运行一次。该团队表示,更仔细的检查表明,这个看不见的天体是一个黑洞,其质量估计为太阳的4.2倍。研究人员说,HR 6819中质量相当的恒星可能会非常明亮,很容易看到。因此,黑洞是最可能的解释。
欧洲南方天文台 (ESO) 的托马斯·里维纽斯 (Thomas Rivinius) 是该研究的主要作者,他说:“我们最初认为 [HR 6819] 是一个双星系统。但当我们仔细观察时,我们发现它不是一个双星系统,它实际上是三个天体。”
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天文学家使用位于智利拉西拉天文台的欧洲南方天文台 (ESO) 的 2.2 米望远镜进行了这项发现。但这次探测并非最近一次:实现这一发现的观测实际上是在 2004 年的几个月里进行的。然而,去年,关于在一个名为 LB-1 的类似系统中可能存在黑洞的公告,引发了一些争议,促使里维纽斯和他的团队重新检查了他们的档案数据。“它看起来完全一样,”他说。“我想,等一下。我的未使用数据抽屉里有一些东西看起来很像 [LB-1]。”
该团队认为,HR 6819 系统中的黑洞是该处的一颗恒星在数千万年前作为超新星爆炸的结果,这是基于该系统两颗剩余恒星的推测年龄。直到现在才被注意到,是因为它与伴星的轨道分离足以使其目前无法吞噬它们。相比之下,二元系统中的其他已知黑洞是它们吞噬的恒星的伴星,并且被发出大量 X 射线的光盘状物质包围。天文学家在银河系数千亿颗恒星中仅发现了数十个这样的“X 射线双星”。
如果 HR 6819 确实拥有黑洞,那么它具有一些有趣的含义。首先,预计超新星会给附近的恒星带来引力“踢”,可能会扰乱它们的轨道并将其抛入星际空间。“这个三星系统仍然存在这一事实告诉我们,即使有踢,也不可能很强,”里维纽斯说。“所以这 [将] 是关于超新星的新发现——黑洞可以在没有踢的情况下形成。”
另一个含义是,像这样的静止黑洞可能比想象的更常见,这表明还有更多黑洞有待发现。甚至可能是 LB-1 是此类以前未知的黑洞系统的另一个例子。然而,由于距离更远且更暗淡,因此更难——但并非不可能——观察到。“我们已提议”也研究 LB-1,里维纽斯说。
HR 6819 也将为引力波黑洞双星是如何形成的提供一些诱人的线索。已知此类系统,无论是两个黑洞还是一个黑洞和一个中子星,在合并时都会在时空中产生这些涟漪。但是它们在合并之前是如何形成的仍然是天体物理学中激烈辩论的主题。“这真是未知的,”英国朴茨茅斯大学的劳拉·纳托尔说,她没有参与这项研究。“仍然没有明确的迹象表明确切的形成通道是什么。”
加州大学伯克利分校的卡里姆·埃尔-巴德里也没有参与这项研究,他认为其发现有史以来观测到的最近黑洞的主张“绝对是合理的”。但他指出,这一结论依赖于一些假设,特别是该系统中最内层恒星绕黑洞运行的质量约为太阳质量的五倍。“我认为这不太可靠,”他说。如果内部恒星没有里维纽斯和他的团队假设的那么大质量,那么看不见的天体也会质量较小——并且可能根本不是黑洞。“我认为说它可能是一个黑洞并不是不明智的事情。但那里确实存在一些不确定性,”埃尔-巴德里说。
阿姆斯特丹大学的爱德华·范登·赫维尔也没有参与这项研究,他说,目前也无法判断推测的黑洞是一个 4.2 太阳质量的单个天体,还是两个 2.1 太阳质量的恒星彼此紧密轨道运行。“这将是一个四星系统,但天空中明亮的恒星中有很多四星系统,”他说。“如果这个东西在某个时候开始发出 X 射线,我们就会确信它是一个黑洞。但如果它永远不这样做,那么我们仍然面临这个问题:它是一个黑洞,还是可能是两个恒星的密近双星?”
然而,里维纽斯表示,来自 HR 6819 发射的光线中,四星系统(实际上是两个相互共轨的双星)的证据将是显着的。最终,需要对该系统进行进一步研究,需要用更多望远镜进行更长时间的凝视,才能回答其中的一些问题。“一旦我们的天文台再次开始运行,我们将尝试这样做,”里维纽斯说,他指出全球各地的望远镜因持续的新冠病毒大流行而关闭。至少目前,我们的太阳系似乎在其银河系后院潜伏着一个新的黑暗伴侣。