研究人員“大海撈針”:在銀河系外發現一個休眠黑洞
一個國際專家小組發現了大麥哲倫星系中的一個恆星質量的黑洞。大麥哲倫星係是我們的鄰居星系,因駁揭露幾個黑洞發現而聞名。項目負責人Tomer Shenar說道:“這是第一次,我們的團隊聚在一起報告一個黑洞的發現,而不是拒絕一個。”
此外,他們還發現,產生黑洞的恆星消失了,並且沒有大規模爆炸的痕跡。歐洲南方天文台(ESO)超大型望遠鏡(VLT)六年的觀測導致了這一發現。
Tomer Shenar表示,這一發現好比“大海撈針”。他在比利時魯汶大學開始這項研究,現在則是荷蘭阿姆斯特丹大學的瑪麗-居里研究員。其他類似的黑洞候選者以前也被提出過,然而研究小組表示,這是第一個在我們星系之外被明確發現的“休眠”恆星質量的黑洞。
當大型恆星接近其壽命的終點並在其自身的引力下坍縮時就會出現恆星質量的黑洞。在一個由兩顆恆星相互旋轉的系統中也就是所謂的雙星,這個過程會留下一個黑洞跟一顆發光的伴星在軌道上運行。如果一個黑洞不發出高水平的X射線輻射,這就是通常發現這種黑洞的方式那麼它就被說成是“休眠”的。
“鑑於天文學家認為休眠黑洞是如此普遍,我們幾乎不知道任何休眠黑洞,這真是不可思議,”這項研究的論文共同作者魯汶大學的Pablo Marchant解釋稱。新發現的黑洞的質量至少是我們太陽的9倍並且圍繞著一顆質量為我們太陽25倍的熱藍星運行。
由於休眠的黑洞跟環境的互動很少,所以它們特別難以被探測到。“兩年多來,我們一直在尋找這樣的黑洞-雙星系統,”這項研究的論文共同作者Julia Bodensteiner說道,“當我聽到VFTS 243時,我非常興奮,在我看來,它是迄今為止報告的最有說服力的候選者。”
為了找到VFTS 243,該合作組織在大麥哲倫星雲的塔蘭圖拉星雲區域搜索了近1000顆大質量恆星,以專門尋找那些可能有黑洞作為同伴的恆星。由於存在那麼多的替代可能性,要明確地將這些同伴確定為黑洞是一件非常困難的事情。
“作為一個近年來揭穿了潛在黑洞的研究人員,我對這一發現極為懷疑,”Shenar說道。持懷疑態度的還有論文共同作者、被Shenar稱為“黑洞破壞者”的美國哈佛大學和史密森學會天體物理學中心的Kareem El-Badry說道,“當Tomer要求我仔細檢查他的發現時,我有過懷疑。但我無法為這些數據找到一個不涉及黑洞的合理解釋。”
這一發現也讓研究小組對伴隨黑洞形成的過程有了獨特的看法。天文學家認為,一個恆星質量的黑洞是隨著一顆垂死的大質量恆星的核心坍縮而形成,但仍不能確定這是否伴隨著強大的超新星爆炸。
Shenar表示:“在VFTS 243中形成黑洞的那顆恆星似乎已經完全坍縮了,沒有之前爆炸的跡象。這種’直接坍縮’情況的證據最近已經出現,但我們的研究可以說提供了最直接的跡象之一。這對宇宙中的黑洞合併的起源有巨大的影響。”
VFTS 243中的黑洞是通過ESA VLT上的Fibre Large Array Multi Element Spectrograph對塔蘭圖拉星雲進行六年的觀測發現的。
儘管有“黑洞警察”的綽號,該團隊積極鼓勵審查並希望他們日前發表在《Nature Astronomy》上的工作能發現其他圍繞大質量恆星運行的恆星質量黑洞,據預測,銀河系和麥哲倫雲中存在成千上萬的黑洞。
El-Badry總結道:“當然,我希望該領域的其他人能夠仔細研究我們的分並嘗試建立替代模型。這是一個非常令人激動的項目,我們要參與其中。”