天鵝座X-1——第一個被人類發(fā)現(xiàn)的恒星級黑洞,擁有比我們想象得還要大的多的質(zhì)量

黑洞無處不在。

這是一幅以描繪天鵝座X-1系統(tǒng)為主題的藝術(shù)作品。左邊是一顆質(zhì)量超過太陽40倍的巨大O型星。圍繞它運行的是一個質(zhì)量為太陽21倍的黑洞，它以恒星的物質(zhì)為食，并噴射出X射線。資料來源：國際射電天文學研究中心。

幸運的是，宇宙太空的空間很大，所以即使是我們知道的最近的星系其實也離我們很遠，得有幾千光年的距離。我們在每一個像樣或合適大小的星系里也能看到它們，從數(shù)百萬到數(shù)十億光年的距離。

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但天鵝座X-1是特別的，因為它是第一個——有史以來第一顆被探測到的，現(xiàn)在仍然是我們知道的最接近我們的之一。但新的觀測結(jié)果顯示我們認為對它了解的一些事情其實并不正確，包括它的距離、質(zhì)量，甚至它是如何形成的。這意味著天文學家將需要重新思考一些關(guān)于恒星如何坍縮形成這些天體的細節(jié)。

天鵝座X-1是在1964年被發(fā)現(xiàn)的，當時在一系列亞軌道飛行中正將基本上是花哨的蓋革計數(shù)器發(fā)射到空間。它們探測到來自天鵝座方向的X射線。在1971年進行的無線電觀測精確地確定了光源在天空中的位置——它竟然是一顆發(fā)光的藍色O型星，名為HD226868。這些恒星體積巨大，威力強大，但產(chǎn)生的X射線卻并不像被探測到的那樣強烈。

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HD 226868星 (箭頭所指) 的圖像，這是一顆巨大而發(fā)光的恒星，它被一個黑洞 (此處未見) 環(huán)繞，形成天鵝座X-1。資料來源: 數(shù)字化天空測量2。 (Aladin/DSS2)

不過就在同年，在這顆恒星的光線中看到了一個周期性的多普勒變化，表明有一個巨大的物體在圍繞它運行，不過什么也沒看到。這是第一個強有力的證據(jù)，證明天鵝座X-1是一個黑洞。

多年來人們對它進行了廣泛的研究，它作為黑洞的性質(zhì)是毫無疑問的。直到最近 (哦，預示)，各種方法都認為它的距離在6000光年以上，質(zhì)量大概在不到太陽的16倍。它所圍繞的O型星質(zhì)量更大，是太陽質(zhì)量的幾十倍，它們每隔5.6天就會互相繞一圈。

這種系統(tǒng)被稱為高質(zhì)量X射線雙星，而我們已知的就有很多都是。最巨大的一個黑洞的質(zhì)量就是大概在不到太陽質(zhì)量的16倍左右，這使天鵝座X-1成為同類系統(tǒng)中的佼佼者。

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一個黑洞模擬的注釋版本解釋了這個奇異物體的各個部分。資料來源：NASA的戈達德太空飛行中心。

......只是事情發(fā)生了變化。利用甚長基線陣列 (VLBA) 進行的新的射電觀測 (結(jié)合舊的觀測，共覆蓋約7年) 表明，我們與黑洞的距離不是6000光年，而是差不多剛剛超過7200光年，這是一個顯著的增長。他們使用的就是所謂的視差法: 就是當?shù)厍蛟谝荒陜?nèi)繞著太陽運行時我們看到的系統(tǒng)角度略有不同，物體越遠，角度越小。由于我們知道地球與太陽的距離，我們就可以用三角學來計算物體的距離了。

這就改變了很多事情。由于距離變得更遠，恒星的亮度也比想象中的要高。而且它噴出的能量是太陽的40萬倍! 所以它的質(zhì)量也必須比以前認為的更大，而新發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量約為太陽質(zhì)量的41倍。

當然這也意味著黑洞的質(zhì)量也會更大。那么也就是說它的質(zhì)量不是太陽質(zhì)量的15倍，而是太陽質(zhì)量的21倍。噢天! 這遠遠高于X射線雙星系統(tǒng)中已知的最高黑洞質(zhì)量，而且這很難解釋。

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當大質(zhì)量恒星核心燃料耗盡并爆炸時, 就會形成黑洞。外層在超新星中爆炸，而核心坍塌形成黑洞。這個黑洞的質(zhì)量取決于很多東西，包括恒星出生時的質(zhì)量、其中有什么元素、以及恒星在一生中通過那些吹走部分外層的風 (像太陽風，但要強得多) 而損失了多少質(zhì)量。就天鵝座X-1而言，它還取決于雙星系統(tǒng)中的另一顆恒星。

但這里的問題是鑒于這個新的質(zhì)量，黑洞的祖星似乎一定是太陽質(zhì)量的60倍左右，是個超級大怪物。本來那些恒星通常會吹出相當大的風，但恒星模型表明，在那個質(zhì)量下它吹出的風會多出兩到三倍。恒星會損失太多質(zhì)量，無法解釋黑洞目前的重量。一定有什么東西扼制了這些風。

不過目前還不清楚是什么。O型星的伴星里有異常多的重元素，它很可能在黑洞爆炸前從黑洞的原星上得到了那些元素。但 (出于復雜的原因) 那些通常會導致強風，這也就沒有意義了。如果這些修改后的數(shù)字成立，這意味著在類似情況下，大質(zhì)量恒星如何“造風”的模型也需要重新思考。

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這是一幅以描繪天鵝座X-1系統(tǒng)為主題的藝術(shù)作品。左邊是一顆質(zhì)量超過太陽40倍的巨大O型星。圍繞它運行的是一個質(zhì)量為太陽21倍的黑洞，它以恒星的物質(zhì)為食，并噴射出X射線。資料來源：國際射電天文學研究中心。

這可能聽起來有點深奧，但它對于研究這個非常重要。像這樣的二元系統(tǒng)在其他星系中很容易被發(fā)現(xiàn)，并且可以用來確定這些星系的環(huán)境。 ?

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另外，最終那顆O型星會爆炸，也會形成一個黑洞。兩者會螺旋式地結(jié)合在一起，并在幾十億年后會合并，噴射出引力波。

我們可以看到這樣的事件在宇宙中到處都在發(fā)生，它們似乎來自于比我們通常看到的更巨大的黑洞 (2019年，人們從一個系統(tǒng)中看到了一次合并，其黑洞質(zhì)量是太陽質(zhì)量的驚人的66倍和85倍)。

我們不知道黑洞是如何變得如此巨大的，但研究天鵝座X-1可以幫助我們弄清這個問題。

另外，黑洞實在是太酷了。尤其是發(fā)現(xiàn)其中一個最接近我們的黑洞，也是第一個被發(fā)現(xiàn)的黑洞，而且其質(zhì)量遠比我們想象的更遠更巨大,，是一件天大的事。這說明我們對這些奇異的物體還有很多東西要了解。

FY: 兒店小二

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