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探索发现一颗恒星,竟在黑洞中幸存下来

时间:2020-06-24 07:50 来源:菜叶 作者: 菜叶

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来自美国宇航局(NASA)的钱德拉X射线天文台和欧洲航天局(ESA)的XMM-牛顿卫星数据,揭示了始于一颗红巨星在距地球约2.5亿光年星系中游荡近一个超大质量黑洞。这个黑洞位于一个名为GSN069的星系中,质量大约是太阳的40万倍,属于超大质量黑洞较小的一端。

一旦红巨星被黑洞的引力捕获,含有氢的恒星外层就被剥离,向黑洞倾斜,留下恒星的核心(白矮星)。进行这项研究的英国莱斯特大学安德鲁·金说:在我对X射线数据的解释中,白矮星幸存了下来,但它并没有逃脱。它现在被困在围绕黑洞的椭圆轨道上,大约每九个小时绕一圈。当这颗白矮星几乎每天运行三次轨道时,黑洞会以其最近的距离将物质拉离(不超过视界半径的15倍(黑洞的不返回点)远离黑洞)。

生存奇迹!在2.5亿光年外,发现一颗恒星,竟在黑洞中幸存下来!

恒星碎屑进入黑洞周围的吸积盘,释放出钱德拉和XMM-牛顿卫星可以探测到的X射线。此外,研究人员预测黑洞和白矮星对将发出引力波,特别是在它们轨道的最近点。这颗恒星及其轨道的未来会是什么?引力波和恒星在失去质量时大小变化的综合作用应该会使轨道变得更圆,变得更大。随着白矮星与黑洞距离的增加,质量损失的速度也在稳步减慢。这颗白矮星会努力逃脱,但无法逃脱,黑洞会越来越慢地吃掉它,但永远不会停止。

生存奇迹

理论上,大约一万亿年后,这种质量损失将持续到白矮星缩小到木星的质量之后,对于宇宙来说,这将是一种非常缓慢和令人费解方式!天文学家已经发现许多恒星因遭遇黑洞(所谓的潮汐干扰事件)而被完全撕裂,但很少有报道称这颗恒星可能幸存下来的案例,真可谓在黑洞“血盆大口”中逃生的经典。考虑到宇宙“交通模式”的统计数据,像这样的掠过相遇应该比直接相撞更常见,但它们很容易被遗漏,原因有几个。

首先,更大质量的幸存恒星,可能需要太长时间才能完成围绕黑洞的轨道运行,天文学家才能看到反复爆发。另一个问题是,比GSN069中超大质量黑洞质量大得多的超大质量黑洞可能会直接吞噬一颗恒星,而不是恒星落入轨道,在那里它们会失去质量,在这些情况下,天文学家不会观测到任何东西。从天文学的角度来看,目前望远镜只能在很短的时间内,大约2000年内看到这一事件。因此,除非我们非常幸运地看到了这个黑洞,否则我们可能会错过更多。

这样的相遇可能是GSN069中黑洞增长的主要途径之一。这颗白矮星质量只有太阳的十分之二,如果白矮星是红巨星的核心,它的氢被完全剥离,那么它应该富含氦,氦是在红巨星演化过程中氢原子融合而产生。想到可以推断出2.5亿光年外一颗小恒星的轨道、质量和组成,这是非常了不起的。研究人员还做了一个预测:因为白矮星离黑洞太近了,广义相对论的影响意味着轨道轴方向应该摆动(进动)。这种摆动应该每两天重复一次,并且可以通过足够长的观察时间来检测到。

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