發現銀河系「沉默的」黑洞 質量為太陽 9 倍

理論物理學家一直估計,可能有 1 億顆有恆星大小的黑洞潛伏在銀河系中,但他們無法確定這數字,因為至今只有幾十個黑洞銀河系被發現,而發現的原理是它們吞下伴星物質時發出的 X 射線。

最新刊於《自然天文學》的研究指,透過其對伴星施加的擺動發現了一個「沉默」黑洞。研究使用的技術,亦將更能處理隱藏黑洞的真實數量,並了解產生黑洞的恆星生死。

當一顆可見恆星被看不見的伴星引力牽引時,往返地球的運動會被拉伸和擠壓光線。通過尋找恆星光譜中的這些週期性變化,天文學家可以確定導致擺動的任何物質質量。這種「徑向速度 (Radial velocity) 」技術已被用於探測數十顆系外行星,還有數百顆有待確認。找到「徑向速度」並非過於困難,但很難證明就是黑洞。如果探測到的伴星質量是太陽的 2.2 倍,則一定是恆星或黑洞。不過,要區分兩者並不那麼簡單。

因此,比利時天主教魯汶大學天文學家 Tomer Shenar 的團隊開發了一種稱為光譜解纏結的技術,該演算法能反復調整兩個假設軌道恆星的光譜,直到其組合光與觀測結果吻合。如果在該過程結束時,演算法發現其中一顆恆星沒有發光,這一定是個黑洞。

在過去幾年,團隊已使用該技術駁斥了其他最近的黑洞發現說法。 Shenar 指,LB-1(一個假定為 70 個太陽質量的怪物級黑洞)和 HR 6819(一個聲稱位於三星系統中的黑洞)可能都不是真實的。他又表示,近年來所有提議的黑洞徑向速度觀測,現在都有人提出質疑。

在是次研究中,團隊利用位於智利的歐洲南方天文台超大望遠鏡,在 6 年時間內觀察了狼蛛星雲中近 1,000 顆大質量恆星的徑向速度,該星雲是銀河系衛星星系大麥哲倫星雲的一部分。他們放大了有 25 個太陽質量的恒星 VFTS 243 ,發現 VFTS 243 似乎每 10.4 天圍繞某伴星運行一次,而該看不見的伴星重達 9 個太陽質量。報告指,基於光譜解纏,所有的光似乎都來自一顆更大的恆星,這使得伴星夠大夠暗,足以成為一個黑洞.

為了驗證說法, Shenar 將結果發送至哈佛-史密森天體物理中心的黑洞專家 Kareem El-Badry ,但後者找不到更好的數據解釋。

當一顆垂死的巨星爆炸並且其大部分物質坍塌時,就會形成恆星黑洞。有趣的是,沒有證據表明 VFTS 243 周圍有任何爆炸。這增加了這顆恆星曾經的伴星可能在無爆炸情況下直接坍縮成黑洞的可能性,但過去幾乎無跡象表明過恆星會在不先爆炸的情況下坍塌。

來源:

Science, A way to find ‘quiet’ black holes finally bears fruit

報告:

Shenar, T., Sana, H., Mahy, L. & et al. (2022). An X-ray-quiet black hole born with a negligible kick in a massive binary within the Large Magellanic Cloud. Nat Astron (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01730-y

文/AC

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