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上月底,《自然》雜誌在線發布了一篇轟動科學界的論文,中國天文學家利用郭守敬望遠鏡(LAMOST)的巡天優勢,在一個已命名為LB-1的雙星系統中,發現了一顆「不可能存在」的黑洞之王,質量達太陽的70倍——這在現有理論框架下無法解釋。
根據恒星演化模型,在太陽的金屬豐度下,最多只可能形成不超過25倍太陽質量的黑洞。LB-1系統中存在70倍太陽質量的黑洞,要麼它以前是一個三星系統,形成兩顆黑洞合併了;要麼恒星演化形成黑洞的理論將被改寫。
這一發現立刻引起了全球科學家的廣泛關註,但本周發表在預印服務器arXiv的三篇論文卻揭示,LB-1中的黑洞是正常質量的黑洞,中國科學家很可能算錯了。
黑洞在宇宙中是不可見的,通常只能通過間接效應或引力波來發現。由於黑洞吞吃物質時,會在周圍形成巨大的吸積盤,科學家們通過觀察吸積盤的明亮X射線,就能發現黑洞的存在,並通過和周圍天體的相互作用,估測它的大小。
然而LB-1的黑洞,和伴星相距太遠,達到了1.5個天文單位,很難從伴星中獲得氣體,因此不能通過X射線觀測發現它。宇宙中有很多這樣的黑洞,但都很難發現,科學家們估計,僅銀河系中可能就有上億個。
不過中國科學家發現,通過觀測恒星系統的多普勒頻移和Hα發射線的移動,可以間接地發現和研究黑洞。
LB-1系統中的恒星和黑洞互繞運行,當某個天體向著地球運動時,光波變短,產生藍移,遠離地球而去時,波長變長,發生紅移;通過測量LB-1系統的多普勒頻移變化,科學家就可以確定天體的速度,進而確定它們的質量。如果恒星和黑洞速度相同,那麼它們質量相同;如果一個比另一個快很多,則意味著黑洞的質量會大得多。
而Hα發射線是一條氫的紅色發射線,中國科學家發現,LB-1的這條紅色發射線幾乎靜止不動,只是稍微在擺動,這意味著是一顆恒星在圍繞一個看不見的巨大質量的東西轉動,恒星的質量和黑洞相差懸殊,因而導致發射線僅僅是稍微在擺動。
來自加州大學伯克利分校的天文博士生埃爾-巴德裡則認為,這條發射線只是看起來像是在移動,但根本沒有擺動,之所以造成這種錯覺,是因為還有一條吸收線在它的下面,導致了錯覺的發生,以為產生了多普勒頻移。通過使用中國科學家的數據,埃爾-巴德裡簡單地從發射線的測量值中減去吸收線,結果發現發射線根本沒有擺動。
這意味著什麼呢?要麼這個黑洞遠遠超過70個太陽質量,要麼LB-1中存在一個正常的黑洞,而發射線來源於其它天體。埃爾-巴德裡的團隊認為,這條發射線可能主要來自於環繞雙星系統的物質,而不是其中的任一個天體。他們估計LB-1中的黑洞,質量在5到20個太陽之間,但無法準確計算,中國科學家絕對算錯了。
另外兩篇論文中,比利時魯汶大學天文研究所的科學家使用了和埃爾-巴德裡團隊類似的方法,但利用不同的望遠鏡收集了其它雙星系統的光譜,並在發射線下放了一條吸收線進行模擬計算,結果表明這條線似乎確實在來回移動,證實了這些系統中的發射線只是看起來像是在移動。
而紐西蘭的科學家則模擬了不同類型的雙星系統,希望發現與LB-1類似的觀測結果,但沒有發現有70倍太陽質量黑洞的。
一些科學家認為,發生這種事情是正常的,對以前結果進行修正是科學進步的表現。
中國的科學家團隊正在對這些論文進行審視,預計在下周將發布一篇新的論文。
我們還不知道最終的結果會是怎樣,不過科學家們都認為LB-1的黑洞並沒有從伴星上吸取什麼氣體,這張藝術想像圖卻把吸積盤畫得這麼明顯,似乎確實有些不好理解。然而科學是嚴謹的,中國科學家還專門申請了世界上其它國家的望遠鏡進行驗證,相信在新的論文裡會有合理的解釋。
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