識別黑洞不僅僅是在太空中找到一個空點。這些巨大的物體以吞噬一切而聞名——甚至包括光——這本可以提供它們存在的明顯跡象。
尋找它們的科學家必須依靠更多的間接證據，這些證據來自於黑洞是混亂的“食客”這一事實：當物質漏斗進入黑洞時，它會堆積成一個旋轉的發光碎片盤，可以噴射出X射線和巨大的亞原子粒子噴流。天文學家長期以來一直認為這些高能噴流是正在吞噬物質的黑洞的標誌——但對來自一種奇異恆星的類似現象的新觀測表明，識別黑洞將變得更加困難。
這個黑洞冒名頂替者是一個名為PSR J1023+0038的天體。當一顆巨大的、旋轉的恆星死亡時，它剩下的核心——一個城市大小的恆星灰燼球，被稱為中子星——可以繼續旋轉。這種天體因其燈塔般的發射光子和電子束而得名，這些光束使其看起來像時鐘一樣有規律地“脈衝”，因此被稱為脈衝星。但PSR J1023並非普通的脈衝星——它是一顆過渡毫秒脈衝星，這是一個亞型，其旋轉速度高達每秒一千次。這種快速的旋轉速度來自脈衝星像吸血鬼一樣吞噬另一顆恆星，透過從附近的恆星伴星虹吸氣體來加速自身旋轉。天文學家最近發現，這種情況也會導致PSR J1023偶爾爆發噴流，這些噴流類似於某些黑洞的噴流。
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理論家認為，當“風”——由脈衝星旋轉的磁場驅動的大量粒子外流——暫時壓倒PSR J1023對其伴星螺旋式下降的氣體的強烈引力控制時，就會產生噴流，將墜落的物質炸回太空。
“這就像一個磁力彈弓，”羅馬天文天文臺的天文學家亞歷山德羅·帕皮託說，他與最近對PSR J1023噴流的觀測無關。哥倫比亞大學的天文學家斯拉夫科·博格丹諾夫領導了新的觀測，他將這種情況描述為“兩個[過程]具有相當能量的甜蜜點”。博格丹諾夫和一位同事同時使用美國國家航空航天局的錢德拉X射線天文臺在X射線波段和使用位於新墨西哥沙漠的甚大陣列射電望遠鏡網路在射電波段研究了PSR J1023。他們發現了恆星X射線和射電波發射之間的聯絡，揭示了引力場和磁場之間這種高能拉鋸戰的本質。當脈衝星產生顯著的X射線時，其射電發射減弱——這表明當引力佔上風時，它正在吸積來自伴星的物質。相反，脈衝星的射電明亮期與較弱的X射線發射相關，此時其“磁力彈弓”效應阻止了物質流向恆星。該研究已提交給《天體物理學雜誌》。
闡明PSR J1023如何製造其噴流可能對於將其與它模仿的黑洞區分開來至關重要——這些黑洞大致是恆星質量的物體，也由於從附近的伴星竊取的物質而發出X射線和射電耀斑。由於過渡毫秒脈衝星和這些黑洞都起源於共同的起源——一顆具有近距離伴星的大質量恆星——它們都可以用作研究此類系統如何形成、演化和死亡的互補方式。當然，前提是天文學家可以很容易地區分它們。“對於[這些]黑洞，您有一個相對錶現良好的趨勢”，由X射線與射電發射的比率定義，麻省理工學院的天體物理學家埃琳娜·加洛說，她在2000年代初幫助確定了這種關係，並且與最新的研究無關。從那時起，科學家們越來越依賴這種關係來輕鬆地對某些物體是黑洞還是中子星進行分類，而無需訴諸大型望遠鏡的昂貴觀測活動及其稀缺的觀測時間。
“最近已經有很多基於其X射線和射電特性而被確定為黑洞雙星的候選者，”博格丹諾夫說。“[PSR J1023]已經表明，一些[物體]可能偽裝成雙星，但實際上可能是毫秒脈衝星。”
值得慶幸的是，天文學家已經使用這種技術識別出的數十個物體中的許多都不需要重新分類為黑洞。加洛說，對於質量大於太陽質量約三倍的物體，X射線-射電比率應該仍然可靠，這些物體被認為質量太大而不可能不是黑洞。黑洞和毫秒脈衝星之間的界限只有在低於該近似閾值的小型、輕型物體上才會變得模糊。再次明確這一點將需要新的觀測策略，超越簡單的X射線-射電比率。
“請繼續關注，因為許多新的天體物理學和對中子星物理學的理解可能來自這類系統，”帕皮託說。