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有史以來質量最小的黑洞,刷新了科學家們的認知

2020 年 4 月 5 日 山中仙

說到黑洞,這是科幻小說裏經常出現的對象。一些時空穿梭之類的超科學行爲都會與黑洞相關聯,它的形象,或者說人爲概念圖早已爲人們熟知。但是,要是談到黑洞的體積或者質量,這些物理學名詞呢?小說或電影裏沒有這麽多細節,因爲這是人的想象力還未抵達的地方。

有史以來質量最小的黑洞,刷新了科學家們的認知

大多數可觀測到的黑洞的質量大約是太陽的5到15倍,但這些物體並不是宇宙中所有黑洞的客觀樣本,而是因爲這種大小的黑洞很容易被發現。當它們在雙星系統中緊密圍繞恒星運行時,這些黑洞會把物質從它們的同伴身上拉下來。而這一積聚過程發射出望遠鏡可以觀測到的發光X射線輻射。

根據周四發表在《科學》雜志上的一項研究,科學家們可能已經發現了有史以來最小的黑洞,這要歸功于一種結合多個數據集的新技術。

有史以來質量最小的黑洞,刷新了科學家們的認知

黑洞的可視化圖-NASA GODDARD SPACE FLIGHT CENTER/JEREMY SCHNITTMAN

科學家認爲,該黑洞的質量約爲太陽的3.3倍,位于一個叫做J05215658的雙星系統中,該雙星系統在距離銀河系外邊緣約10000光年的地方。盡管需要更多的研究來確認它的質量,但有可能這個黑洞是一類神秘的小黑洞的一部分,這些小黑洞以前都沒有被發現,主要是因爲沒有人知道如何尋找他們。

俄亥俄州立大學天文學教授Todd Thompson在一個電話中說:“當你以一種新的方式去觀察,發現一種新的事物時,天文學總是很有趣的。”。“這讓你覺得你以前所有的眼光都有偏見。”

有史以來質量最小的黑洞,刷新了科學家們的認知

一個沒有相互作用的小黑洞的概念藝術-JASON SHULTS AT THE OHIO STATE UNIVERSITY

若黑洞僅爲太陽的兩到五倍,假設它們存在,好像不産生這種X射線特征,所以科學家們基本上看不見它們。Thompson說:“我特別感興趣的是發現這些不相互作用的系統,即一定存在的未知和看不見的黑暗種群。”。

當一顆恒星爆炸成超新星時,它的余生由它的質量決定。較小的恒星變成中子星,中子星是超致密的球體,而較大的恒星變成黑洞。但科學家們並不確定恒星究竟有多大才能成爲黑洞,或者是否存在一種中間過程,即恒星暫時變成中子星,然後演變成黑洞。

Thompson解釋說:“我們一直在想,在質量最大的中子星(約爲太陽質量的2.1倍)和質量最小的黑洞(約爲太陽質量的5倍)之間,是否存在什麽東西。”。“所以,這就是間隔。”

有史以來質量最小的黑洞,刷新了科學家們的認知

爲了填補這一空白,Thompson的研究小組使用阿帕奇點天文台銀河進化實驗(遠地點)篩選了銀河系中大約10萬顆恒星的觀測結果。研究人員在帶有黑洞的雙星系統中尋找恒星的蹤迹,與一些系外行星研究人員探測其他恒星周圍世界的方式大致相同。通過觀察恒星是否受到附近物體的引力影響,研究小組將恒星範圍縮小到幾百個可能有同伴的候選恒星。

然後,研究人員利用來自全天空超新星自動探測(ASAS-SN)的數據,進一步完善對系統的搜索。Thompson說:“通過結合這兩個數據集,在一天之內,我們發現了這顆恒星。”。“事實證明,這是找到這個有趣物體的一種非常有效的方法。”

有史以來質量最小的黑洞,刷新了科學家們的認知

雖然3.3個太陽質量是研究中最有可能的估計值,但研究小組警告說,J05215658天體可能是太陽質量的2.5倍到大約5倍。已經發現了一些其他黑洞,它們的誤差範圍與這個範圍重疊,所以現在宣布這個物體爲有史以來最小的黑洞還爲時過早。

Thompson說:“如果它被確定爲3.3個太陽質量,它將是非常奇特的,質量最低的黑洞。”。但隨著越來越多的研究小組跟進這項新的研究,並采用湯普森和他的同事們開創的技術,這一長期的謎團可能會得到解決。Thompson說:“隨著時間的推移,這將是一個更大的故事,因爲現在很多團體都開始這樣做了。”

我是山中仙,工科碩士出身,有著十多年的自然科學學習,歡迎大家關注我,跟我一起用所學知識探索神秘的大自然。

參考資料:Becky Ferreira;

A noninteracting low-mass black hole–giant star binary system

BY TODD A. THOMPSON, CHRISTOPHER S. KOCHANEK, KRZYSZTOF Z. STANEK, CARLES BADENES, RICHARD S. POST, THARINDU JAYASINGHE, DAVID W. LATHAM, ALLYSON BIERYLA, GILBERT A. ESQUERDO, PERRY BERLIND, MICHAEL L. CALKINS, JAMIE TAYAR, LENNART LINDEGREN, JENNIFER A. JOHNSON, THOMAS W.-S. HOLOIEN, KATIE AUCHETTL, KEVIN COVEYSCIENCE01 NOV 2019 : 637-640

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