掀開難以捉摸的恆星黑洞面紗

每個星系除了擁有一個坐鎮中央的超大質量黑洞外,據估計應該還含有數百萬個恆星黑洞,只不過恆星黑洞引力小、非常安靜,所以很難發現。現在,一組天文團隊可能利用新方法找到了迄今為止質量最小的黑洞,僅太陽質量的 3.3 倍。若研究屬實,未來我們將能利用此法有效找出躲在黑暗的大量恆星黑洞。

(圖源:互聯網)

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黑洞依據質量大小,可分類為超大質量黑洞、仲介質量黑洞、恆星黑洞和微型黑洞,不過目前已有證據證實存在的類型,僅超大質量黑洞與恆星黑洞 2 種,前者位於每個星系的中心,質量達太陽數百萬至數百億倍,由於引力極其巨大,稍有動靜就會洩露行蹤,所以最容易被發現。

恆星黑洞的質量則約太陽質量5至數10倍,通常在聯星系統中或透過雙黑洞併合事件曝光:聯星可透過可見光、聯星光譜或聯星天體動力學發現,如果聯星系統由 1 顆恆星與 1 個黑洞構成、加上恆星黑洞與伴星足夠靠近,則黑洞會逐年虹吸伴星的物質,並在吞噬氣體時產生大量 X 射線輻射,從而被天文學家找到蛛絲馬跡。

此外黑洞也會碰撞合併,自從 2017 年 LIGO 首次偵測到重力波、確認宇宙中有雙黑洞併合事件後,現在天文學家開始能透過偵測重力波來尋找更多相撞的恆星黑洞,並且發現恆星黑洞的質量可達太陽質量數10倍。

然而上述都依然靠著黑洞與其他物體的相互作用尋找。現在,一組天文團隊可能首次大海撈針般,直接搜出一個昏暗、低質量的恆星黑洞!

新方法簡單有效

研究人員首先分析 APOGEE 計劃中逾 10 萬顆恆星的紅移、藍移現象,從中挑出 200 顆恆星接著與 ASAS-SN 計劃的數據結合,後者分析了數百萬顆恆星隨時間變化的亮度;新研究主要作者、俄亥俄州立大學天文學家 Todd Thompson 表示,假如聯星系統中的恆星波長出現從藍移到紅移的變化,就表明系統另一顆天體可能是黑洞。

最後,團隊抓出了 2MASS J05215658 + 4359220 聯星系統,包含 1 顆擁有極端都卜勒效應的紅巨星,它繞著另一個天體運行,但是根據計算,這顆天體質量比銀河系中已知的黑洞小、比大多數中子星還大;加入蓋亞衛星、TRES(Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph)光譜儀等更多數據計算後,團隊意識到:這很可能是一個低質量恆星黑洞。

在多數模型中,垂死的大質量恆星爆炸後不是變成中子星、就是變成質量通常比太陽大 5 倍以上的恆星黑洞,過去,我們已知最小的黑洞質量為太陽質量 3.8 倍。然而 2MASS J05215658 + 4359220 聯星系統中的黑洞打破了紀錄,質量僅約太陽質量的 3.3 倍;假如研究確認屬實,那麼該團隊不只找到了一種搜索全新類型恆星黑洞的方法,還找出了迄今為止最小的黑洞,同時再劃清恆星黑洞與中子星的質量分界線。
新論文發表在《科學》(Science)期刊◆

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