黑洞可能是黑色的,但它們不一定不可見。它們有各種尺寸,從微小到超大質量,一個關鍵的共同特徵是:一個稱為事件視界的邊界,光線無法逃脫。然而,靠近恆星等天體的黑洞,在吞噬物質時會變亮,當過熱的塵埃和氣體漩渦墜入湮滅時會發出閃光。那些沒有伴星的黑洞更難被發現,因為它們是黑色的,但它們仍然可以透過其對附近其他天體的引力效應間接探測到。
在發表於期刊天文學與天體物理學上的一篇論文中,研究人員表示,他們已經進行了這樣的觀測——揭示了可能已知離地球最近的黑洞。他們對HR 6819(一個原本不起眼的恆星系統,在南天望遠鏡座中肉眼隱約可見)的調查顯示,其兩顆已知恆星中的一顆似乎每40天繞一個看不見的天體執行一次。該團隊表示,更仔細的檢查表明,這個看不見的天體是一個黑洞,其質量估計為太陽的4.2倍。研究人員說,HR 6819中質量相當的恆星可能會非常明亮,很容易看到。因此,黑洞是最可能的解釋。
歐洲南方天文臺 (ESO) 的托馬斯·裡維紐斯 (Thomas Rivinius) 是該研究的主要作者,他說:“我們最初認為 [HR 6819] 是一個雙星系統。但當我們仔細觀察時,我們發現它不是一個雙星系統,它實際上是三個天體。”
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天文學家使用位於智利拉西拉天文臺的歐洲南方天文臺 (ESO) 的 2.2 米望遠鏡進行了這項發現。但這次探測並非最近一次:實現這一發現的觀測實際上是在 2004 年的幾個月裡進行的。然而,去年,關於在一個名為 LB-1 的類似系統中可能存在黑洞的公告,引發了一些爭議,促使裡維紐斯和他的團隊重新檢查了他們的檔案資料。“它看起來完全一樣,”他說。“我想,等一下。我的未使用資料抽屜裡有一些東西看起來很像 [LB-1]。”
該團隊認為,HR 6819 系統中的黑洞是該處的一顆恆星在數千萬年前作為超新星爆炸的結果,這是基於該系統兩顆剩餘恆星的推測年齡。直到現在才被注意到,是因為它與伴星的軌道分離足以使其目前無法吞噬它們。相比之下,二元系統中的其他已知黑洞是它們吞噬的恆星的伴星,並且被髮出大量 X 射線的光碟狀物質包圍。天文學家在銀河系數千億顆恆星中僅發現了數十個這樣的“X 射線雙星”。
如果 HR 6819 確實擁有黑洞,那麼它具有一些有趣的含義。首先,預計超新星會給附近的恆星帶來引力“踢”,可能會擾亂它們的軌道並將其拋入星際空間。“這個三星系統仍然存在這一事實告訴我們,即使有踢,也不可能很強,”裡維紐斯說。“所以這 [將] 是關於超新星的新發現——黑洞可以在沒有踢的情況下形成。”
另一個含義是,像這樣的靜止黑洞可能比想象的更常見,這表明還有更多黑洞有待發現。甚至可能是 LB-1 是此類以前未知的黑洞系統的另一個例子。然而,由於距離更遠且更暗淡,因此更難——但並非不可能——觀察到。“我們已提議”也研究 LB-1,裡維紐斯說。
HR 6819 也將為引力波黑洞雙星是如何形成的提供一些誘人的線索。已知此類系統,無論是兩個黑洞還是一個黑洞和一箇中子星,在合併時都會在時空中產生這些漣漪。但是它們在合併之前是如何形成的仍然是天體物理學中激烈辯論的主題。“這真是未知的,”英國朴茨茅斯大學的勞拉·納托爾說,她沒有參與這項研究。“仍然沒有明確的跡象表明確切的形成通道是什麼。”
加州大學伯克利分校的卡里姆·埃爾-巴德里也沒有參與這項研究,他認為其發現有史以來觀測到的最近黑洞的主張“絕對是合理的”。但他指出,這一結論依賴於一些假設,特別是該系統中最內層恆星繞黑洞執行的質量約為太陽質量的五倍。“我認為這不太可靠,”他說。如果內部恆星沒有裡維紐斯和他的團隊假設的那麼大質量,那麼看不見的天體也會質量較小——並且可能根本不是黑洞。“我認為說它可能是一個黑洞並不是不明智的事情。但那裡確實存在一些不確定性,”埃爾-巴德里說。
阿姆斯特丹大學的愛德華·範登·赫維爾也沒有參與這項研究,他說,目前也無法判斷推測的黑洞是一個 4.2 太陽質量的單個天體,還是兩個 2.1 太陽質量的恆星彼此緊密軌道執行。“這將是一個四星系統,但天空中明亮的恆星中有很多四星系統,”他說。“如果這個東西在某個時候開始發出 X 射線,我們就會確信它是一個黑洞。但如果它永遠不這樣做,那麼我們仍然面臨這個問題:它是一個黑洞,還是可能是兩個恆星的密近雙星?”
然而,裡維紐斯表示,來自 HR 6819 發射的光線中,四星系統(實際上是兩個相互共軌的雙星)的證據將是顯著的。最終,需要對該系統進行進一步研究,需要用更多望遠鏡進行更長時間的凝視,才能回答其中的一些問題。“一旦我們的天文臺再次開始執行,我們將嘗試這樣做,”裡維紐斯說,他指出全球各地的望遠鏡因持續的新冠病毒大流行而關閉。至少目前,我們的太陽系似乎在其銀河系後院潛伏著一個新的黑暗伴侶。
