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[科學新知] 改寫黑洞形成理論!天文學重大發現 首次觀測到「黑洞三合體」 [複製連結]

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發表於 2024-11-13 21:19:15 |只看該作者 |正序瀏覽 | x 1




這張藝術想像圖描繪了V404 Cygni系統:一顆恆星正被吸入環繞黑洞的吸積盤(accretion disk)中,背景中則有一顆明亮的伴星。(圖取自Nature期刊)


宇宙中存在著許多令人難以想像的天體,其中最神秘莫測的,莫過於黑洞(black hole)。 目前已知大多數黑洞都存在於雙星系統(binary system)中,也就是一個黑洞與另一個天體(例如恆星、中子星或另一個黑洞)互相環繞運行。

然而,美國麻省理工學院(MIT)和加州理工學院(Caltech)的物理學家團隊,近期在《自然》(Nature)期刊發表一項令人驚嘆的發現:他們首次觀測到一個「黑洞三合體系統」(black hole triple),這項發現,為我們了解黑洞的形成和演化過程,提供了前所未有的新線索。

科學網站《IFLScience》23日報導,這個新發現的三合體系統,包含一個中心黑洞,以及一個距離較近的恆星,每6.5天環繞中心黑洞運行一次。 這與大多數雙星系統的結構類似。 然而,令人驚訝的是,這個系統中還存在一個距離中心黑洞非常遙遠的第二顆恆星,估計其公轉週期長達7萬年。

這個系統中,中心黑洞正在吞噬靠近其軌道運行的恆星,同時一個遠距離的恆星也圍繞黑洞運行。 這個奇特的現象,挑戰了傳統的黑洞形成理論。

一般認為,黑洞是由垂死恆星的劇烈爆炸(超新星爆發,supernova)所形成。 然而,如果這個黑洞是由典型的超新星爆發形成,那麼它在坍縮前釋放的巨大能量,應該會將周圍任何鬆散結合的天體都拋到遠方。因此,這個遙遠的恆星不應該還存在於這個系統中。

研究團隊推測,這個黑洞的形成過程,可能並非一般劇烈的超新星爆發,而是較為「溫和」的「直接坍縮」(direct collapse)。 恆星在直接坍縮過程中,會直接塌陷成黑洞,不會產生劇烈的能量釋放,因此較不會影響到遠處的天體。

由於這個三合體系統包含一顆距離非常遙遠的恆星,這項發現為「直接坍縮」理論提供了強而有力的證據。 雖然天文學家已觀測到許多由超新星爆發形成的黑洞,但這個三合體系統,可能是第一個直接證實黑洞可以透過「直接坍縮」形成的證據。

這個黑洞三合體系統的發現,幾乎是偶然的。 研究團隊在翻閱天文觀測數據庫 Aladin Lite 時,發現了這個位於銀河系中,距離地球約8000光年的天體V404 Cygni。 這個黑洞在1992年被確認為黑洞,並被大量研究,但之前從未發現它是一個三合體系統。

研究人員分析了過去十年蓋亞(Gaia)衛星所觀測到的恆星數據,發現內外兩顆恆星的運動完全一致,可能性只有千萬分之一。 他們計算出,外層恆星與中心黑洞的距離是地球與太陽距離的3500倍,相當於冥王星與太陽距離的100倍。 如此遙遠的距離,加上兩顆恆星一致的運動軌跡,讓研究人員確信,這是一個黑洞三合體系統。

研究團隊進一步利用電腦模擬,測試了這個三合體系統可能的形成過程。結果顯示,最容易形成這種三合體系統的方式,是透過「直接坍縮」。 此外,外層恆星正處於演化成紅巨星的階段,根據恆星演化模型,研究人員推斷這個系統的年齡約為40億年。



資料來源 : 自由時報
https://news.ltn.com.tw/news/world/breakingnews/4840837
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