科學家首次發(fā)現(xiàn)包含黑洞的三體星系。

天鵝座V404可能是一個包含黑洞的三體星系。NASA

銀河系一個三星系統(tǒng)內(nèi)的一顆恒星被原因不明地降到了0維，成為了黑洞。而與此同時，整個天體系統(tǒng)的架構(gòu)，以及同屬一個星系的兩顆恒星卻好像絲毫不受影響。這一情形有違已知的天體物理學法則，讓研究人員感到相當困惑。

麻省理工學院和加州理工學院的科學家近日在《自然》雜志上刊文稱，他們認為有史以來被確認是黑洞的首個天體——天鵝座V404可能隸屬于一個“三體星系”。這是人類首次發(fā)現(xiàn)包含黑洞的三體星系，而這樣的天體系統(tǒng)在正常情況下是不可能出現(xiàn)的。

天鵝座V404距離地球約8000光年。1992年，它成為了有史以來被確認為黑洞的首個天體。通常認為，天鵝座V404由一個黑洞和一顆較小的伴星組成。伴星距離黑洞非常近，環(huán)繞黑洞運行一周只需大約6.5個地球日。正因如此，它的一部分已被黑洞撕裂，黑洞正在以之為食。

令人稱奇的是，這一次科學家在距離黑洞相當遠的地方，又發(fā)現(xiàn)了第二顆環(huán)繞黑洞運行的恒星。這第二顆恒星環(huán)繞黑洞運行一周需要大約7萬個地球年。由于距離遙遠，二者之間的引力作用相當微弱。

恒星級黑洞的形成過程通常十分暴力——因此研究人員對這個黑洞的來歷感到不解——恒星級黑洞通常是在超新星爆發(fā)過程中形成的——超新星爆發(fā)時，恒星的外圍物質(zhì)會被炸飛，內(nèi)核則被擠壓成為密度極高的狀態(tài)。假如密度超過極限，內(nèi)核就會坍縮成黑洞，成為一個幾乎是0維的奇點。超新星爆發(fā)產(chǎn)生的沖擊波，足以使外圍恒星脫離星系。

研究人員猜想天鵝座V404黑洞可能是通過某種非正常的機制產(chǎn)生的——比如“直接坍縮”。這是指某些大質(zhì)量恒星死亡核心坍縮成黑洞的那一刻，會吞噬掉一切外圍物質(zhì)，不會發(fā)生物質(zhì)反彈，也不會發(fā)出強光成為超新星。它們是通過很溫柔的方式，平靜地演化成黑洞的。研究人員認為，唯有在這種情況下，外圍那顆恒星才有可能保留下來。

參與研究的科學家是在銀河系中尋找新的黑洞時，無意間取得這一發(fā)現(xiàn)的。他們發(fā)現(xiàn)天鵝座C404的光學圖像中有一對神秘的光斑，其中一個被確認是在非常近的距離上環(huán)繞黑洞運行的恒星；而第二個光斑是第一次被注意到。觀測結(jié)果顯示它距離黑洞大約有3500個天文單位。也就是說它和黑洞的距離，相當于地球和太陽距離的3500倍，以及冥王星和太陽距離的100倍。研究人員認為它是一顆與黑洞相距甚遠的恒星。

研究人員調(diào)用蓋亞探測器提供的數(shù)據(jù)，分析了這兩顆恒星過去10年間的運動參數(shù)后發(fā)現(xiàn)，這兩個光斑的運行特點相較于其他鄰近恒星有很高的相關(guān)性——它們被一條非常微弱的引力線束縛在了一起。也就是說，它們和中心黑洞共同組成了一個三體星系。

三體星系在宇宙中并不鮮見，但這個包含黑洞的三體星系卻讓人難以理解。因為第二顆恒星與中心黑洞的引力作用非常弱，二者只能說是“勉強”束縛在一起。只要中心黑洞附近出現(xiàn)稍大的“動作”，外圍的恒星就會受到影響。

在經(jīng)過大量的計算機模擬之后，研究人員發(fā)現(xiàn)無論中心黑洞的形成過程如何，只要它的形成機制是典型的超新星爆發(fā)，外圍恒星都會不可避免地受到影響。唯有假設(shè)這個黑洞是通過“直接坍縮”的方式形成的，外圍恒星才有最大的機會保留下來。

研究人員通過外圍恒星的演化特征推測，其中心黑洞的前身恒星是在大約40億年前，和外圍恒星共同形成的。但是所謂直接坍縮理論一般較多地適用于遠古時代出現(xiàn)的超大質(zhì)量黑洞，是否適用于恒星級黑洞還存在很多爭議。天鵝座V404黑洞的真正形成原因其實仍然是一個謎。

參考

The black hole low-mass X-ray binary V404 Cygni is part of a wide triple