人類發現的第一個黑洞,給了科學家一個響亮的“耳光”

1915年,偉大的科學家愛因斯坦提出了著名的廣義相對論,帶領我們從科學的角度認識了宇宙天體中所蘊含的物理學。

1916年,德國天文學家卡爾·史瓦西利用廣義相對論,推匯出了一種神秘的天體:這種天體具有無與倫比的引力,在一定範圍內甚至連光都無法逃脫,這就是黑洞。

人類發現的第一個黑洞,給了科學家一個響亮的“耳光”

黑洞的概念一經提出,就震驚了世界,但也很快就廣為接受。但是,隨之而來的一個問題就是:既然連光都無法逃脫,我們該如何尋找這種天體呢?

科學家們總是有辦法的,既然黑洞能夠吞噬一切物質,那麼如果我們發現宇宙中有恆星出現被掠奪物質的情況,但又觀測不到吞噬者,就可以證明這個吞噬者是黑洞。

果然,在1964年的時候,科學家終於找到了這樣的宇宙現象。在距離我們6040光年的位置上,科學家們觀測到了一個雙星系統。該系統中包含一顆名為HDE 226868的藍超巨星,直徑達2500萬公里,質量是太陽的24倍;還有一顆巨大的緻密星,當時的計算結果是質量達到了太陽的14倍。

人類發現的第一個黑洞,給了科學家一個響亮的“耳光”

剛剛發現這個雙星系統的時候,科學家們極其興奮,相信自己發現了人類歷史上第一個黑洞。當時著名科學家斯蒂芬·霍金表示了質疑,與另一位科學家基恩·索普打賭。事實證明,霍金錯了,這個雙星系統中真的有一個黑洞。直到今天,這個擁有第一個被發現的黑洞的雙星系統仍然廣為關注,它就是天鵝座-X1。

按說作為人類發現的第一個黑洞,天鵝座-X1應該被科學家們研究得比較深入了,最起碼一些基本資訊是非常瞭解的。而事實告訴我們,這個黑洞在被發現的57年後,給了我們一記響亮的“嘴巴”,因為我們此前連它的質量都搞錯了……

實際上,關於天鵝座-X1的一些基本資訊,科學家們一直在不斷地觀測和完善中。10年前,中科院國家天文臺研究員苟利軍就和同事們進行了一次觀測,當時的資料是黑洞質量約為太陽的14。8倍,距離我們6067光年。

人類發現的第一個黑洞,給了科學家一個響亮的“耳光”

最近,他帶領著自己的團隊,和來自於澳大利亞以及美國的科學家團隊再一次進行了新的視差觀測,同時利用了位於美國墨西哥州的超長基線陣列對黑洞的吸積盤進行跟蹤後,得出了新的結論。

事實證明,此前的資料錯了,天鵝座-X1比此前以為的要更遠。同時,由於天體的半徑和質量是根據距離來計算的,這意味著其質量也比此前計算的要更大。

研究團隊這一次更新的資料顯示,天鵝座-X1距離我們大約是7240光年,精度達到了8%。值得注意的是,2013年時,歐洲航天局的蓋亞衛星也提供過一個數據,認為天鵝座-X1距離我們約為7100光年,這意味著本次研究和蓋亞衛星的資料高度吻合,非常可信。按照更新後的距離資料計算發現,這個黑洞的質量大約是太陽的21倍,比此前的資料提高了一半。

人類發現的第一個黑洞,給了科學家一個響亮的“耳光”

來自於澳大利亞國際射電天文研究中心(ICRAR)、科廷大學的天文學家詹姆斯·米勒·瓊斯是本次觀測的領導者,他說:“我們透過射電望遠鏡對天鵝座-X1中這個人類歷史上第一個被發現的黑洞進行了精確的觀測……”

超長基線陣列是一個跨度達到了8000公里的射電望遠鏡,其觀測精度是哈勃太空望遠鏡的500倍。正是透過它的強大觀測能力,以及以往資料的參考,同時消除了黑洞產生的噴流所造成的系統誤差之後,研究團隊才獲得了這個前所未有的精確結果。

在此之前,科學家們觀測到的大質量恆星級黑洞都是利用引力波發現的,而透過電磁波的方式發現的最大黑洞是M33 X-7,其質量大約是太陽的15。65倍。而在這一次資料更新後,天鵝座-X1黑洞也成為了“不透過引力波而發現的最巨大恆星級黑洞”。而且,不論是天鵝座-X1還是M33 X-7,都對“我們關於大質量恆星如何演化為黑洞的理論形成了挑戰”。

人類發現的第一個黑洞,給了科學家一個響亮的“耳光”

我們知道,恆星在發光發熱的同時,還會以恆星風的形式向外拋射自己的物質。“不過,如果要形成如此大質量的黑洞,我們就不得不降低這顆明亮的恆星在其一生之中所損失的質量。”澳大利亞ARC引力波發現卓越中心(OzGrav)的理論天體物理學家伊利亞·曼德爾表示。

科學家們據此推測,天鵝座X-1的黑洞在形成之前,其前身大質量恆星大約是太陽質量的60倍。在進入到演化末期時,它也有一個不一樣的死亡方式,那就是先把自己的外殼炸掉,然後跳過超新星爆發的環節直接坍縮為黑洞。

而隨著這個黑洞質量的修正,它的伴星HDE 226868的質量也比以往的資料有所提高,大約是太陽的40倍。未來,這顆同樣質量驚人的恆星也會以黑洞的形式收場,屆時天鵝座X-1將會變成雙黑洞系統,甚至有望上演雙黑洞碰撞的精彩場面。不過,考慮到兩顆天體之間的距離,科學家認為它們恐怕即使宇宙年齡翻倍,也就是再過138億年,它們都無法碰撞。

人類發現的第一個黑洞,給了科學家一個響亮的“耳光”

在本次研究中,我國科學家團隊主要透過對黑洞的X射線進行觀測和分析,精確測量了黑洞的自轉速度,令他們震驚的是,這個黑洞的自轉速度相當驚人,甚至超過了95%光速!

在此之前,科學家透過引力波探測到的雙黑洞相撞事件中的兩個主角自轉速度都相當慢,這意味著天鵝座X-1的演化方式和以往的雙黑洞有所不同。

總之,作為人類發現的第一個黑洞以及它所在的雙星系統,天鵝座X-1對於我們來說仍然具有重要的意義。趁著藍超巨星尚未爆發之前,科學家們也會把握住機會對它們進行觀測,並且預測雙黑洞可能的演化路徑。

人類發現的第一個黑洞,給了科學家一個響亮的“耳光”

當然了,也有人可能會關心,天鵝座X-1的資料未來會不會又出現變動?誰知道呢?畢竟天體距離的測量實在是非常困難,科學家們已經不止一次修正過天體的距離了,隨著越來越多的天體距離推測方法被提出,相信這樣的資料也會越來越準確的。

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