第一个“黑洞三重体”可能以一种令人惊讶的温和方式形成 _黑洞

艺术家对黑洞X射线双星天鹅座V404的再现。豪尔赫·卢戈
据《大众科学》（劳拉·贝萨斯）：物理学家首次在太空中观测到“三重黑洞” 。这个新系统距离地球约8000光年，由一个中心黑洞组成，该黑洞正在吞噬一颗非常靠近它的小恒星。令人惊讶的是，第二颗恒星似乎也在绕着中心黑洞旋转，但距离更远。10月23日发表在《自然》杂志上的一项研究描述了这一发现。
打三分球
科学家们探测到的大多数黑洞似乎都是一对称为双星系统的黑洞的一部分。这些系统由黑洞和次级物体组成，如恒星、密度更大的中子星或另一个黑洞。然后，双星系统相互盘旋，并被黑洞的引力吸引在一起。
对于这个新的黑洞三重体，还有一个额外的物体绕着中心黑洞运行。较近的恒星大约每6.5天绕黑洞一周。作者估计，更遥远的伴星每7万年绕黑洞一周。
黑洞似乎对如此遥远的物体具有引力，这引发了人们对这个黑洞本身起源的一些质疑。科学家们认为，黑洞是由超新星形成的——一颗垂死恒星的剧烈爆炸。在超新星爆发过程中，恒星在最后一次爆发中释放出大量的能量和光，然后坍缩成一个看不见的黑洞。
如果这个新观测到的黑洞是由一颗典型的超新星引起的，那么它在最终坍缩之前释放的能量将踢开任何在其郊区轨道上运行的更松散的物体。理论上，第二颗外恒星不应该还在附近徘徊。
该团队认为，黑洞是通过一个更温和的过程形成的——直接坍缩。在直接坍缩过程中，恒星只会在没有最后一次剧烈爆发的情况下自行坍缩并形成黑洞。像这样的温和起源不会真正干扰任何松散的、遥远的物体。
由于新的三重系统包括一颗非常遥远的恒星，该系统的黑洞可能是通过更温和的直接坍缩而诞生的。虽然天文学家几个世纪以来一直在观测剧烈的超新星，但这个新的三重系统可能是由这个更温和的过程形成的黑洞的第一个证据。
研究合著者、麻省理工学院物理学家凯文·伯奇在一份声明中说：“我们认为大多数黑洞都是由恒星的剧烈爆炸形成的，但这一发现有助于质疑这一点。” 。“这个系统对黑洞的进化来说是超级令人兴奋的，它也提出了是否还有更多三元组的问题。”
机会发现
这一发现几乎也是偶然的。物理学家在查看太空和世界各地望远镜拍摄的天文观测库Aladin Lite时发现了它。他们使用Aladin Lite搜索天空同一部分的图像，这些图像是由调谐到不同波长的能量和光的不同望远镜拍摄的。
最初，他们正在银河系内寻找新黑洞的迹象。出于好奇，Burdge查看了天鹅座V404的图像，这是一个距离地球约8000光年的黑洞。1992年，天鹅座V404成为太空中首批被确认为黑色的物体之一。自那时起，它已被记录在1300多篇科学论文中，是我们研究最深入的黑洞之一。然而，这些研究都没有报告这种奇怪的三重系统。
在观察天鹅座V404的光学图像时，Burdge看到了看起来像两个彼此靠近的光点。第一个斑点是黑洞和一颗在附近运行的内恒星。这颗恒星离黑洞太近了，以至于它正在将一些物质释放到黑洞本身并发出可见光。然而，第二束光很可能来自一颗以前没有观测到的非常遥远的恒星。
Burdge说：“事实上，我们可以在这么远的距离上看到两颗独立的恒星，这意味着这些恒星必须相距很远。” 。
计算发现，外恒星距离黑洞3500天文单位（AU）。一个天文单位是地球和太阳之间的距离。因此，外恒星距离黑洞的距离是我们距离太阳的3500倍，或者比冥王星和太阳之间的距离大100倍。
然后，研究小组质疑外恒星是否与黑洞及其内恒星都有联系。为了找到答案，该团队研究了盖亚，这颗卫星已经跟踪银河系中所有恒星的运动十年了。他们分析了过去10年盖亚数据中内外恒星的运动，发现与附近的一些恒星相比，这些恒星是串联运动的。根据他们的计算，这种串联运动的几率大约是1000万分之一。
“这几乎可以肯定不是巧合或意外，”Burdge说。“我们看到两颗恒星相互跟随，因为它们被这股微弱的引力线连接在一起。所以这一定是一个三重系统。”
我们去放风筝吧
然后，该团队想知道这个系统最初是如何形成的。一颗典型的超新星的剧烈爆炸在很久以前就已经把它踢得很远了。
“想象一下，你在拉风筝，而不是一根结实的绳子，你是用拉的，”Burdge说。“如果你用力拉，网会断裂，你会失去风筝。重力就像这根几乎没有束缚的绳子，非常弱，如果你对内部双星系统做任何戏剧性的事情，你就会失去外部恒星。”
为了验证风筝线理论， Burdge进行了计算机模拟，以了解这种三重系统是如何进化并保持外恒星的。
在每次模拟开始时，他都会介绍三颗恒星。第三颗恒星是黑洞，在它变成黑洞之前。然后，他进行了数万次模拟。对于第三颗恒星如何变成黑洞并影响其他两颗恒星的运动，每个模拟都有一个略有不同的场景。例如，他模拟了一颗超新星，改变了能量的大小和所有能量的传播方向。他还模拟了直接坍缩的场景，其中第三颗恒星自行坍缩形成黑洞，而没有释放任何能量。
Burdge说：“绝大多数模拟表明，使这种三重作用最简单的方法是通过直接坍塌。” 。
这颗额外的外恒星也揭示了该系统的年龄。研究小组观察到，外恒星正在成为红巨星，这是一个发生在恒星生命末期的阶段。基于这一转变，他们认为外恒星的年龄约为40亿年。由于邻近的恒星大约在同一时间出生，该团队认为这个黑洞三重体也有40亿年的历史。
Burdge说：“我们以前从未对一个老黑洞做到过这一点。” 。“现在我们知道天鹅座V404是三重星系的一部分，它可能是由直接坍缩形成的，由于这一发现，它形成于大约40亿年前。”