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全新類型的“迷你”黑洞:質量只有太陽的3.3倍

新浪科技 2019-12-06

  據國外媒體報道,近日的一項研究稱,科學家可能已經發現了一種全新的黑洞類型,其規模以往任何已知的黑洞都要小。

  黑洞經常出現在所謂的聯星系統中,由兩顆曾經互相環繞的恒星演變而來。當聯星的一顆恒星耗盡燃料,就可能以“超新星”的形式爆發,留下極高密度的中子星。如果質量足夠大的話,就會形成密度大到連光線也無法逃脫的黑洞。然而,在已知密度最大的中子星和已知質量最小的黑洞之間,存在著一個空白,科學家還沒有找到介于二者之間的中子星或黑洞。

  研究人員仔細分析了約10萬個聯星系統的數據,最終在一個聯星系統中發現了一個異常小的黑洞,其質量只有太陽的3.3倍。這一發現可能有助于物理學家理解導致黑洞形成的超新星過程,這同時也是某些元素形成和宇宙演化的關鍵。

  天體物理學家分析了“阿帕奇天文臺星系演化實驗”(Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment,簡稱APOGEE)收集的數據,包括來自銀河系中大約10萬顆恒星發出的光線情況。

  恒星光譜的變化可以指示某顆恒星正在圍繞另一個物體運行,而這一物體很可能是看不到的,比如黑洞。為了尋找附近可能存在黑洞的恒星,研究小組縮小了范圍,對200顆看起來較有希望的恒星進行分析。

  研究人員收集了這些恒星系統的數千張圖像。拍攝這些圖像的,是俄亥俄州立大學的“超新星全天空自動觀測”(All-Sky Automated Survey for Supernovae)項目的20臺機器人望遠鏡。

  在這些圖像數據中,一個恒星系統脫穎而出。研究人員將一顆紅巨星命名為“J05215658”,它似乎在圍繞一個巨大的隱藏天體運行,后者的質量大約是太陽質量的3.3倍,比之前科學界所知的任何黑洞都要小。

  天體物理學家將目前尋找黑洞的研究,比作在人口普查中只統計身高超過1.75米的人。由此可見,科學家目前對黑洞總體情況的了解十分有限。長期以來,科學家只知道黑洞的質量是太陽質量的5到15倍。與此同時,中子星的質量只有太陽的2.1倍左右。如果中子星的質量達到太陽質量的2.5倍以上,它們本身就會坍縮形成黑洞。于是,黑洞可能質量的下限與中子星之間就出現了空白,而發現的J05215658剛好填補了這個空白。

  這項研究開辟了一個新的研究領域。該發現也是對2017年觀測到的兩個“巨型”黑洞的補充。這兩個黑洞的質量分別是太陽質量的31倍和25倍,它們正在一個距離地球180萬光年的星系中合并。

  這一觀測是由激光干涉引力波天文臺(LIGO)完成的,該天文臺由位于華盛頓州漢福德和路易斯安那州利文斯頓的兩臺望遠鏡組成。當時的觀測結果一經確認公布,就引發了全世界的關注。這不僅是因為它證明了LIGO確實可行,還因為所涉及的質量之大,是科學家前所未見的。

  黑洞里面是什么?

  黑洞是宇宙中最奇怪的天體之一,它們的名字十分恰如其分:沒有任何東西可以逃脫它們的引力,即使是光也不行。如果你太過接近所謂的事件視界,那你也將被困住或被摧毀。

  在無比巨大的引力影響下,黑洞附近的逃逸速度大于光速,使得任何光線都無法從事件視界內部逃脫。對于小型黑洞,你很可能無法在如此近距離的情況下存活下來。靠近事件視界的潮汐力足以拉伸任何物質,使其像意大利面條一樣細長,直到變成一串原子。物理學家稱這個過程為“意大利面化”(spaghettification)。但對于大型黑洞,比如銀河系等星系核心的超大質量黑洞(它們的質量即使不是恒星質量的數十億倍,也有幾千萬倍之多),穿過事件視界可能并不會發生什么嚴重的事。

  從理論上說,從我們熟悉的世界進入黑洞世界應該是有可能的,因此物理學家和數學家一直想知道那個世界到底是什么樣子的。他們求助于愛因斯坦的廣義相對論來預測黑洞內的世界。在觀察者到達黑洞中心或奇點之前,廣義相對論的方程都還能很好地適用,在理論計算中,此時時空的曲率會變得無窮大。(任天)

責任編輯:王超

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