IT之家 9 月 11 日消息，據(jù)中國科學(xué)院國家天文臺官方消息，中國科學(xué)院國家天文臺和上海交通大學(xué)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)基于國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）以及歐空局的 Gaia 衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過視向速度方法和天體測量方法，在雙星系統(tǒng)中成功發(fā)現(xiàn)了一顆位于黑洞質(zhì)量間隙的小質(zhì)量黑洞。相關(guān)成果于北京時間 9 月 10 日在線發(fā)表于《自然?天文》。
據(jù)官方介紹，恒星級黑洞是大質(zhì)量恒星演化的終結(jié)。在宇宙中，質(zhì)量小的恒星遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于質(zhì)量大的恒星；理論上，小質(zhì)量恒星級黑洞的數(shù)目也應(yīng)遠(yuǎn)多于大質(zhì)量恒星級黑洞的數(shù)目。
然而觀測結(jié)果并非如此。近 60 年來，傳統(tǒng) X 射線方法已經(jīng)證認(rèn)并測量了 20 余顆恒星級黑洞的質(zhì)量，其質(zhì)量分布顯示為缺少 3 倍-5 倍太陽質(zhì)量的小黑洞，這一區(qū)間被稱為質(zhì)量間隙。
人們試圖通過修改超新星爆炸理論來解釋該質(zhì)量間隙，也有研究認(rèn)為超新星爆炸會更容易瓦解包含小質(zhì)量黑洞的雙星系統(tǒng)，從而導(dǎo)致了這一觀測效應(yīng)。盡管最近激光干涉引力波天文臺（LIGO）的觀測揭示了在質(zhì)量間隙內(nèi)存在致密天體，但小質(zhì)量黑洞是否可以存在于雙星系統(tǒng)中仍然是一個備受爭議的問題。
在此次研究中，研究人員基于 LAMOST 的光譜數(shù)據(jù)和 Gaia 的天體測量數(shù)據(jù)，在雙星系統(tǒng) G3425 中發(fā)現(xiàn)了一例小質(zhì)量恒星級黑洞。
在該雙星系統(tǒng)中，可見星為一顆質(zhì)量約為 2.7 倍太陽質(zhì)量的紅巨星，而不可見星的質(zhì)量約為 3.6 倍太陽質(zhì)量（3.1 到 4.4 倍太陽質(zhì)量之間）。
光譜分解顯示，除了紅巨星的光譜外，G3425 中不包含來自其他成分的光譜，有力證明了該不可見天體為一顆黑洞，也證明了包含小質(zhì)量黑洞的雙星系統(tǒng)是可以存在的。
G3425 的發(fā)現(xiàn)表明，視向速度和天體測量方法兩種方法的結(jié)合可以有效發(fā)現(xiàn)隱藏于雙星中的寧靜致密天體并精確測量致密天體的質(zhì)量。而此前所認(rèn)為的“恒星級黑洞存在質(zhì)量間隙”可能是由于單一觀測方法造成的選擇效應(yīng)。
科研人員還發(fā)現(xiàn)，G3425 系統(tǒng)的軌道非常寬（周期約為 880 天），且接近正圓（橢率約為 0）。如此寬圓軌道的雙星形成機(jī)制對當(dāng)前的雙星演化和超新星爆炸理論提出了挑戰(zhàn)。
除了雙星演化途徑，研究人員猜測，G3425 起初也可能是一個三星系統(tǒng)，觀測到的巨星位于最外層，內(nèi)雙星則包含兩顆大質(zhì)量恒星，現(xiàn)今的黑洞是內(nèi)雙星經(jīng)過長期演化后并合的結(jié)果。
甚至，G3425 的不可見天體可能仍然包含兩顆小質(zhì)量致密天體。在這種情況下，該不可見天體將是雙中子星或中子星與白矮星并合的候選體，未來可以通過引力波觀測來探測其并合事件。
IT之家附論文鏈接如下：
https://www.nature.com/articles/s41550-024-02359-9
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