非凡的“三元”黑洞系統(tǒng)是有史以來(lái)第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的此類系統(tǒng)

在距離地球約 7,800 光年的天鵝座中，潛伏著一個(gè)真正的太空怪異現(xiàn)象。在那里，一個(gè)黑洞在名為 V404 Cygni 的系統(tǒng)中反復(fù)從事行為同時(shí)科學(xué)家們既困惑又欣喜.

現(xiàn)在，它從看似無(wú)窮無(wú)盡的武器庫(kù)中抽出了一個(gè)全新的技巧：一個(gè)看不見(jiàn)的雙星伴星，一顆在大約 70,000 年的寬軌道上的恒星。

由于 V404 Cygni 已經(jīng)有一個(gè)伴星——一顆位于近距離 6.5 天軌道上的恒星，中心黑洞正在其上悠閑地享用——新發(fā)現(xiàn)的第三個(gè)天體使該系統(tǒng)成為三位一體。

這是我們第一次看到具有這種配置的系統(tǒng)，它可能會(huì)提供一些關(guān)于如何黑洞形式。這是因?yàn)槌滦潜?，被認(rèn)為是恒星質(zhì)量黑洞形成的機(jī)制，應(yīng)該已經(jīng)打破了寬軌道的脆弱引力鍵。

“我們認(rèn)為大多數(shù)黑洞是由恒星的劇烈爆炸形成的，但這一發(fā)現(xiàn)有助于對(duì)此提出質(zhì)疑，”物理學(xué)家凱文·伯奇 （Kevin Burdge） 說(shuō)麻省理工學(xué)院的。

“這個(gè)系統(tǒng)對(duì)黑洞演化來(lái)說(shuō)非常令人興奮，它也提出了一個(gè)問(wèn)題，即是否還有更多的三元組?！?/p>

事實(shí)上，我們已經(jīng)知道第二顆星幾十年了;天文學(xué)家認(rèn)為它只是一顆靠近 V404 Cygni 的恒星，相對(duì)來(lái)說(shuō)并不起眼。

但歐洲航天局的蓋亞任務(wù)收集的數(shù)據(jù)顯示，那里發(fā)生的事情肯定比我們想象的要多。Gaia 正在繪制銀河系中物體的三維位置;但它也在映射它們?cè)谔罩幸苿?dòng)時(shí)的方向和速度。

V404 天鵝座和這顆看似無(wú)關(guān)的恒星正以相同的方向和相同的速度在太空中移動(dòng)。這表明對(duì)象已鏈接。

“幾乎可以肯定這不是巧合或意外，”Burdge 說(shuō).“我們看到兩顆恒星彼此跟隨，因?yàn)樗鼈儽贿@根微弱的引力鏈所連接。所以這必須是一個(gè)三重系統(tǒng)。

有證據(jù)表明黑洞形成的超新星模型。這是當(dāng)一顆垂死的恒星爆發(fā)出巨大的爆炸，噴出其外部物質(zhì)，而恒星的核心在重力作用下坍縮形成一個(gè)黑洞，這是宇宙中密度最大的天體。

科學(xué)家見(jiàn)過(guò)超新星，并解開(kāi)光以測(cè)量核心物體的質(zhì)量，從而推斷黑洞的產(chǎn)生。但這并不意味著超新星是唯一的形成機(jī)制。另一個(gè)選項(xiàng)是直接折疊模型。在這里，這顆大質(zhì)量恒星簡(jiǎn)單地完全內(nèi)爆成一個(gè)黑洞，沒(méi)有混亂，沒(méi)有大驚小怪。

在這里，證據(jù)更難獲得。沒(méi)有混亂或大驚小怪，幾乎沒(méi)有證據(jù)。

這就是 V404 Cygni 突然變得非常有趣的地方——因?yàn)楫?dāng)超新星爆炸是不對(duì)稱的時(shí)（通常是這樣），能量的不平衡會(huì)給新生的黑洞帶來(lái)方向性的沖擊。

對(duì)于新連接的恒星所看到的如此寬的軌道，這很難解決。黑洞和恒星相距 3,500 個(gè)天文單位的距離，這使得它們彼此之間的引力系繩相對(duì)較弱。超新星帶來(lái)的破壞應(yīng)該像一縷蜘蛛網(wǎng)一樣打破了那條束縛。

較寬的軌道分離也使得兩個(gè)經(jīng)過(guò)的物體之間的引力捕獲難以解釋。Burdge 和他的同事進(jìn)行了數(shù)萬(wàn)次模擬，發(fā)現(xiàn)最好的解釋是，當(dāng)黑洞形成時(shí)，這三個(gè)物體已經(jīng)受到了引力束縛;而形成機(jī)制是直接崩潰。

“絕大多數(shù)模擬表明，實(shí)現(xiàn)這種三元組工作的最簡(jiǎn)單方法是通過(guò)直接折疊，”Burdge 說(shuō).

這是黑洞形成的直接坍縮模型的最佳證據(jù)，它支持該機(jī)制作為解釋黑洞形成歷史的有效方式難以解決與超新星。

甚至很可能還有其他包含黑洞的大三元組，我們由于黑洞而錯(cuò)過(guò)了。隱蔽性;找到它們可以幫助我們更好地了解這些天體是如何形成的，以及為什么黑洞可能會(huì)直接坍縮而不是在光芒中爆炸。

“要么我們很幸運(yùn)，要么三級(jí)很常見(jiàn)，”天文學(xué)家 Kareem El-Badry 說(shuō)加州理工學(xué)院。

“如果它們很常見(jiàn)，那可能會(huì)解決一些關(guān)于黑洞雙星如何形成的長(zhǎng)期問(wèn)題。三元組開(kāi)辟了純二進(jìn)制不可能的進(jìn)化途徑。

“實(shí)際上，人們之前已經(jīng)預(yù)測(cè)過(guò)黑洞雙星可能主要通過(guò)三重進(jìn)化形成，但直到現(xiàn)在才有任何直接的證據(jù)?！?/p>

該研究已發(fā)表在自然界.

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