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天文学家首次发现小质量黑洞的存在

|原发: 前瞻网

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一项最新发现认为,宇宙中可能潜伏着一类新的黑洞,它们可能比科学家们以前发现的黑洞要小得多。


黑洞是一种巨大的天体,它会吞噬它附近的一切东西;它的引力非常大,大到连光也无法逃逸。对宇宙中大大小小的黑洞进行探索,可以帮助研究人员拼凑出宇宙的运作方式,并且让研究人员更加了解恒星的生命周期。


有人可能会说了,黑洞和恒星有什么关系呢?其实,黑洞在变成黑洞之前也是一颗恒星,只不过它是一颗质量很大的恒星,这些大质量恒星在生命结束时会发生巨大的爆炸,然后发生坍缩。恒星的这种爆炸和坍塌最终可以形成两种不同的天体:如果恒星的质量足够大的话,恒星爆炸之后就会产生一个黑洞,但如果质量不够大,恒星爆炸之后就会形成一个小而致密的天体,即中子星。


一般情况下,天文学家会通过测量黑洞虹吸附近恒星物质时所发出的X射线来寻找我们星系中的黑洞。而在遥远的星系中,研究人员会寻找两个黑洞合并或两颗中子星碰撞所产生的引力波。


但是一组研究人员想知道宇宙中是否存在质量相对较小,并且不会发出X射线的小型黑洞。这种假设的黑洞可能会存在于一个双星系统里,但这种小型黑洞和它的伴星的距离不会太近,因此小型黑洞不会从它们的恒星那里吸收太多物质;俄亥俄州立大学(Ohio  State University)天文学教授托德·汤普森(Todd  Thompson)说,研究人员据此推测,这些小黑洞不会发出可以检测到的X射线,因此天文学家们不会察觉到它们的存在。


汤普森说:"我们非常确定,在宇宙的双星系统中一定存在很多很多这样的黑洞,只不过它们很难找到,所以我们才一直没有发现它们而已,但尝试去找那些看不见的东西一直都很有趣。"


汤普森和他的同事们试图在假设黑洞的伴星中寻找这些黑洞的证据。研究人员梳理了来自阿帕奇点观测站星系演化实验(APOGEE)的数据,这些数据包含了银河系中超过10万颗恒星的光谱信息(即一个天体产生的不同波长能量)。


这项调查的信息揭示了这些恒星的光谱(或波长)变化。如果这些光谱出现任何变化,例如出现蓝移和红移,那这可能就意味着某个特定的恒星正在绕着一个看不见的伴星运行。在做了这些分析之后,研究人员利用另一项名为"全天自动超新星搜索项目"(ASAS-SN)的调查数据,观察了可能绕黑洞运行的一个恒星子集的亮度变化,他们寻找了那些同时出现亮度变化和光谱变化的恒星。


就这样,研究人员发现了一个巨大的黑暗天体,它与一颗快速旋转的巨型恒星紧紧地共同运行,这颗巨型恒星距离我们大约1万光年,位于我们银河系的最远处,在御夫座(Auriga)附近。研究人员估计,这个黑暗天体的质量大约是太阳的3.3倍,这对于中子星来说太大了,但对于任何已知的黑洞来说却太小了。


据科学家所知,目前质量最大的中子星是太阳质量的2.1倍,而质量最小的黑洞是太阳质量的5到6倍。然而,这次新发现的天体的最低质量大约是太阳质量的2.6倍,因为天文学家认为这是大质量中子星理论上可以达到的质量上限。如果质量再大一点,中子星就会坍缩成黑洞。


汤普森说,因此,这个黑暗而神秘的天体"可能是我们所见过质量最大的中子星",这颗中子星就恰恰在它不可能存在的边界上。不过他补充说,"如果这是真的话,我会更兴奋。"但这个天体更有可能是之前从未发现过的假设小型黑洞。


宇宙学家、布法罗艺术与科学大学(University at Buffalo College of Arts and  Sciences)物理学教授Dejan  Stojkovic没有参与这项研究,但他对汤普森的观点表示同意:"这很可能是一个黑洞,"因为它对于中子星来说太大了,除非它是某种不寻常的恒星,"这个发现听起来非常合理,"因为天文学家们知道小质量黑洞的存在。


汤普森说他很期待未来的发现,比如说,ESA盖亚太空望远镜在后续任务中可能会收集到的有关这颗恒星伴星的轨道倾角信息,这些信息可以帮助研究人员更精确地测量这个黑暗天体的质量。


(编辑:于思洋


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