科學家發現了位於銀河系之外的第一個休眠黑洞。雙星系統中一顆恆星變成黑洞後,這個系統會怎樣演化?科學家現在對這個問題有了新的線索。

在此之前,科學家發現的多數黑洞都是「活躍」狀態的,意即它們不斷從周圍環境,特別是從伴星身上汲取物質的狀態。這個過程會發出大量的X射線,從而被科學家探測到這些黑洞的存在。

而「休眠」(dormant)黑洞是並不從周圍環境汲取物質的黑洞。科學家認為這類黑洞數量也很多,但是現在的技術很難探測到。科學家知道位於銀河系正中心位置的超級黑洞就是一個休眠的黑洞——否則我們整個太陽系就會以越來越快的速度落向銀河系的中心!

所以,這份研究發現的是第一個位於銀河系之外的休眠黑洞。這個黑洞位於距離銀河系不遠處的大麥哲倫雲(Large Magellanic Cloud)內。

天文學家發現其實多數恆星都有一個伴星,也就是多數恆星都是兩兩組合成為一個雙星系統,在引力的作用下互相繞行。它們之間的距離可以達到1萬光年那麼遠,甚至更遠,所以從望遠鏡的觀測數據中,並不容易看出哪顆恆星和哪顆恆星組成一個雙星系統。但是,在恆星強大引力的作用下,兩顆恆星總會越靠越近。

年輕的恆星一般和伴星的距離較遠,大齡的恆星在幾十億年的生命周期中,逐漸和伴星靠得比較近。科學家發現此時大概會發生兩種情況。

一種情況是當它們靠得太近的時候,一顆恆星把另一顆恆星彈射出去。科學家估計太陽就經歷了這樣的情形,把一顆名為涅墨西斯星(Nemesis)的伴星踢走了。

另一種情形是兩顆恆星一直互相繞行,直到其中一顆恆星死亡。研究者認為這次發現的這個休眠黑洞就是來自於這種情形的一顆恆星。

這個雙星系統名為VFTS 243,研究人員先發現了其中一顆恆星,質量大約是太陽的25倍,之後發現它還有一個伴星。最終確定它是一個黑洞,質量大約是太陽的9倍。它們的質量差別不大,可是那顆恆星的體積卻是這個黑洞的20萬倍。

奇怪的事情是,這個黑洞並不像多數處於這類情形的系統那樣——不斷從伴星身上汲取物質。所以這顆黑洞處於「休眠」狀態,它並不發出任何X射線。為甚麼會出現這樣的情形?這正是科學家想進一步了解的地方,也是能完善雙星系統演化理論的新線索。

科學家通過探索引力波信號發現,在有些情況下,兩個互相繞行的黑洞彼此越靠越近,最後發生合併,這個事件發出引力波信號。可是科學家不明白,為甚麼會出現這樣的情形,兩個靠得很近的黑洞是怎麼形成的?它們不是早就會把對方吞噬嗎?這份研究認為,新發現的休眠黑洞就是可以解答這個問題的新線索。

這份研究的主要作者之一、荷蘭阿姆斯特丹大學(University of Amsterdam)的天體物理學家托默·謝納(Tomer Shenar)說:「很可能就是它們一開始是兩顆恆星組成一個雙星系統,後來它們逐一變成了(休眠狀態的)黑洞,(並繼續繞行彼此)。」

這份研究7月18日發表於《自然·天文學》(Nature Astronomy)期刊。 #

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