藝術家對黑洞X射線雙星天鵝座V404的再現 。圖片來源：豪爾赫·盧戈
據麻省理工學院（Jennifer Chu）：迄今為止探測到的許多黑洞似乎都是一對黑洞的一部分 。這些雙星系統包括一個黑洞和一個次級物體，如恒星、密度更大的中子星或另一個黑洞，它們在黑洞的引力作用下相互盤旋，形成一個緊密的軌道對 。
現在，關于天鵝座V404黑洞的一個令人驚訝的發現正在擴展黑洞、它們可以容納的物體以及它們形成的方式 。
在《自然》雜志上發表的一項研究中，麻省理工學院和加州理工學院的物理學家報告稱，他們首次觀測到了“黑洞三重體” 。
新系統中有一個中心黑洞 ， 每6.5天吞噬一顆在黑洞附近盤旋的小恒星，這種配置類似于大多數雙星系統 。但令人驚訝的是，第二顆恒星似乎也在圍繞黑洞旋轉 ， 盡管距離要遠得多 。物理學家估計，這個遙遠的伴星每7萬年繞著黑洞運行一次 。
黑洞似乎對如此遙遠的物體具有引力，這引發了人們對黑洞本身起源的質疑 。黑洞被認為是由一顆垂死恒星的劇烈爆炸形成的，這一過程被稱為超新星 ， 恒星在最后一次爆發中釋放出大量的能量和光，然后坍縮成一個看不見的黑洞 。
然而 ， 該團隊的發現表明，如果新觀測到的黑洞是由一顆典型的超新星引起的 ， 那么它在坍縮之前釋放的能量將踢走其外圍任何松散的物體 。那么，第二顆外星不應該還在附近徘徊 。
相反 ， 研究小組懷疑黑洞是通過一個更溫和的“直接坍縮”過程形成的，在這個過程中 ， 一顆恒星只是在自身中坍縮，形成一個沒有最后一次戲劇性閃光的黑洞 。如此溫和的起源幾乎不會打擾任何松散的、遙遠的物體 。
因為新的三重系統包括一顆非常遙遠的恒星，這表明該系統的黑洞是通過更溫和、直接的坍縮而誕生的 。盡管天文學家幾個世紀以來一直觀察到更劇烈的超新星，但該團隊表示，新的三重系統可能是由這種更溫和的過程形成的黑洞的第一個證據 。
“我們認為大多數黑洞是由恒星的劇烈爆炸形成的，但這一發現有助于質疑這一點，”研究作者、麻省理工學院物理系Pappalardo研究員Kevin Burdge說 。“這個系統對黑洞的進化來說是非常令人興奮的，它也提出了是否還有更多三元組的問題 ?！?br>該研究在麻省理工學院的合著者是Erin Kara、Claude Canizares、Deepto Chakrabarty、Anna Frebel、Sarah Millholland、Saul Rappaport、Rob Simcoe和Andrew Vanderburg，以及加州理工學院（Caltech）的Kareem El Badry 。
串聯運動
三重黑洞的發現幾乎是偶然的 。物理學家在查看Aladin Lite時發現了它，這是一個天文觀測庫，由太空和世界各地的望遠鏡匯總而成 。天文學家可以使用在線工具搜索天空同一部分的圖像，這些圖像是由調諧到不同波長的能量和光的不同望遠鏡拍攝的 。
該團隊一直在銀河系內尋找新黑洞的跡象 。出于好奇，Burdge查看了天鵝座V404的圖像，這是一個距離地球約8000光年的黑洞，是1992年最早被確認為黑洞的物體之一 。
自那時起，天鵝座V404已成為研究最為深入的黑洞之一 ， 并被記錄在1300多篇科學論文中 。然而，這些研究都沒有報告Burdge和他的同事所觀察到的情況 。
當他觀察天鵝座V404的光學圖像時 ， Burdge看到了兩個看起來很近的光點 。第一個斑點是其他人確定的黑洞和一顆內部緊密軌道恒星 。這顆恒星距離我們如此之近，以至于它正在將一些物質釋放到黑洞上，并發出Burdge可以看到的光 。
然而，到目前為止，科學家們還沒有仔細研究第二團光 。Burdge斷定 ， 第二道光很可能來自一顆非常遙遠的恒星 。
“事實上，我們可以在這么遠的距離上看到兩顆獨立的恒星，這意味著這些恒星必須相距很遠 ， ”Burdge說，他計算出外恒星距離黑洞3500天文單位（AU）（1 AU是地球和太陽之間的距離） 。
換句話說，外恒星距離黑洞的距離是地球距離太陽的3500倍 。這也相當于冥王星和太陽之間距離的100倍 。
然后想到的問題是，外恒星是否與黑洞及其內恒星有關 。為了回答這個問題，研究人員研究了蓋亞 ， 這是一顆自2014年以來精確跟蹤銀河系中所有恒星運動的衛星 。
該團隊分析了蓋亞過去10年數據中內外恒星的運動，發現與其他鄰近恒星相比，這些恒星完全是同步運動的 。他們計算出，這種串聯運動的幾率大約是1000萬分之一 。
“這幾乎可以肯定不是巧合或意外，”Burdge說 ?！拔覀兛吹絻深w恒星相互跟隨 ， 因為它們被這股微弱的引力線連接在一起 。所以這一定是一個三重系統 。”
拉繩子
那么，這個體系是如何形成的呢？如果黑洞是由一顆典型的超新星產生的 ， 那么劇烈的爆炸早就把外恒星踢走了 。
“想象一下，你在拉風箏，而不是一根結實的繩子 ， 你是用拉的，”Burdge說 。“如果你用力拉，網會斷裂 ， 你會失去風箏 。重力就像這根幾乎沒有束縛的繩子，非常弱，如果你對內部雙星系統做任何戲劇性的事情 ， 你就會失去外部恒星 ?！?br>然而，為了真正驗證這一想法，Burdge進行了模擬 ， 看看這樣一個三重系統是如何進化并保留外恒星的 。
在每次模擬開始時，他都會引入三顆恒星（第三顆是黑洞，在它變成黑洞之前） 。然后 ， 他進行了數萬次模擬，每一次都有一個略有不同的場景 ， 說明第三顆恒星如何變成黑洞，并隨后影響其他兩顆恒星的運動 。
例如，他模擬了一顆超新星 ， 改變了它釋放的能量的量和方向 。他還模擬了直接坍縮的場景，在這種場景中，第三顆恒星只是坍塌形成了一個黑洞，而沒有釋放任何能量 。
Burdge說：“絕大多數模擬表明，使這種三重作用最簡單的方法是通過直接坍塌 ?！?。
除了提供黑洞起源的線索外 ， 外恒星還揭示了該系統的年齡 。物理學家觀察到，外恒星恰好正在變成紅巨星——這是一個發生在恒星生命末期的階段 。
基于這一恒星轉變 ， 研究小組確定外恒星的年齡約為40億年 。考慮到鄰近恒星大約在同一時間出生，該團隊得出結論，黑洞三重體也有40億年的歷史 。
Burdge說：“我們以前從未對一個老黑洞做到過這一點 ?！??！艾F在我們知道天鵝座V404是三重星系的一部分，它可能是由直接坍縮形成的 ， 由于這一發現，它形成于大約40億年前 ?！?br/>

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