在宇宙中,黑洞并非以友善的邻居著称。它们往往以令人不快的方式展现自己的存在,将附近的物质向内拉扯,同时喷射出剧烈的等离子体和辐射爆发。如果将两个黑洞放在同一个邻域,由此产生的拉锯战可能会迅速变得糟糕。但在银河系的一个星团中,两个黑洞似乎在非常接近的距离内安家落户,这令人惊讶。
M22 中的两个相对轻量级的黑洞,这是一个所谓的距地球约 10,000 光年、包含数十万颗恒星的球状星团,可能代表着更大的总数,这将与星团中黑洞之间的引力相互作用会在短时间内 eject 几乎所有黑洞的预测相悖。来自美国、英国和澳大利亚的天文学家在 10 月 4 日出版的《自然》杂志上发表的一项研究中宣布了他们的发现。(《大众科学》是自然出版集团的一部分。)
研究人员使用了最近升级的甚大天线阵(VLA),这是一个位于新墨西哥州索科罗附近的射电望远镜阵列,以寻找 M22 中心的中等质量黑洞。这些难以捉摸的中等重量天体的质量是太阳质量的数千倍——相比之下,星系中心的超大质量黑洞质量是太阳质量的数百万甚至数十亿倍。天文学家反而发现的是一对更轻的黑洞,它们是由大质量恒星坍缩形成的。M22 中所谓的恒星质量黑洞每个都携带太阳质量的 10 到 20 倍。
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“这有点令人惊讶,因为已有的理论已经得出结论,认为这些球状星团中应该很少或没有黑洞,”主要研究作者、密歇根州立大学天文学家杰伊·斯特雷德说。“我们知道黑洞是在球状星团中形成的——凡是有大质量恒星的地方都会形成黑洞。问题是,它们会发生什么?它们会留下还是会被踢出去?”
过去的研究倾向于“踢出”假说,但斯特雷德及其同事的新发现表明,喷射过程可能不像之前假设的那么有效。
“他们稍微批评了一下这个理论,他们应该这样做,”荷兰莱顿大学的天体物理学家西蒙·波特吉斯·兹瓦特说,他没有参与这项新研究。“有时观测者会给理论家带来惊喜,有时理论家也会给观测者带来惊喜。”
斯特雷德和他的同事得出结论,新发现的两个天体 M22-VLA1 和 M22-VLA2 很可能是黑洞,因为它们出现在 M22 的 VLA 射电图像中,但没有出现在同一星团的存档 X 射线数据中。这种发射模式几乎排除了球状星团中常见的其他类型的致密天体——M22-VLA1 和 M22-VLA2 发射的无线电波太多,不可能是白矮星(耗尽恒星的致密残骸),而 X 射线辐射又不足以成为中子星(坍缩大质量恒星的更致密残骸)。
这两个天体竟然会发出无线电波,这需要一组特殊的条件——即每个黑洞目前都在吞噬自己的近轨道恒星伴侣,最有可能的是白矮星。这些不寻常的条件使得 M22 中的黑洞有点像厨房里的蟑螂——你看到的每一个,都可能还有几个潜伏在视线之外。“为了让我们在无线电中看到它们,它们不仅必须在双星系统中,而且必须在足够近的双星系统中,以至于质量转移实际上正在发生,”斯特雷德说。他和他的同事估计,球状星团中可能有多达 100 个低质量黑洞。“我认为这些天体不太可能是 M22 中唯一的黑洞,”他指出。
波特吉斯·兹瓦特说:“如果黑洞确实可以比之前认为的更和平地共存,那么理论天体物理学家就应该‘挠头思考,看看他们能从中得出什么结论’。”“现在是时候再次启动计算机,看看我们是否可以从第一原理理解这一结果。这将是一项重大的努力。”