数千光年外出现一个不发光的“小东西”,已引起科学家注意

2022-06-17   星空天文

原标题:数千光年外出现一个不发光的“小东西”,已引起科学家注意

它可能是黑洞,也可能不是。

一个不发光的“小东西”引起了科学家的注意。它可能是黑洞,也可能不是。NASA / G. BACON / STSCI

一个孤立的,质量比太阳大得多,体积却比太阳小得多,同时又看不见的“小东西”,正徘徊在距离我们几千光年的星际空间中。科学家不能确认它的身份。它可能是黑洞,也可能不是。

这个小东西2011年一经现身,便引起了科学家的注意。但那时人们还没有办法进行判断。近日两组科学家使用哈勃太空望远镜,才部分地揭开了这位徘徊者的面纱。然而结论仍然是模糊的。

一组科学家认为,这位神秘的徘徊者是一个质量大约相当于太阳7倍的恒星级黑洞。而另一组科学家认为,它的质量仅有太阳的2至4倍——如果是这样,那么它既有可能是黑洞,也有可能不是——如果不是黑洞,那么根据已有认识,它只能是中子星——然而如果它是中子星,那么它就太重了,几乎要超越中子星质量的上限。

中子星和恒星级黑洞都是大质量恒星死后留下的残骸。这类恒星一旦耗尽内部的核燃料,就会在自身引力的作用下内爆,进而将内核密度压缩得极高。

科学家相信银河系中至少存在大约10亿颗中子星和1亿个恒星级黑洞——但它们中的绝大部分难以看到。中子星实在太小了,它们的直径只相当于一个城市,本身也不怎么亮;至于黑洞,它们根本就不发光。

科学家很希望这个“小东西”是一个恒星级黑洞,一个孤立的恒星级黑洞。

到目前为止科学家发现的恒星级黑洞数量十分有限。由于这种天体本身是看不见的,科学家只能通过观察它们对周围环境的影响来感知它们。

黑洞一旦与另外一颗恒星锁定,便会在引力的作用下“翩翩起舞”。但这是死亡之舞,它会从它的舞伴身上攫取物质,并且吞吃掉。恒星物质在被黑洞吃掉的过程中会释放出X射线。望远镜如果探测到了这些X射线,科学家才能说他们间接地发现了这个黑洞。

但是这种惯用的手段,并不能让我们了解黑洞“生存”环境的全貌。

吞吃物质的黑洞处在持续的物质积累过程中,因此它们“出生”时的“体重”无从知晓。而只有了解了它们出生时的体重,科学家才能了解它们身上的许多关键特性,而这只能在孤立黑洞的身上找。

寻找孤立黑洞的方法,其灵感来自爱因斯坦的广义相对论。

广义相对论认为,任何大质量物体,都会使它所在的空间发生弯曲。而假如有光线通过它身边被弯曲了的空间,那么连光线也会被弯曲。弯曲了的光线,在进入我们眼中后,会产生所谓的“引力透镜”效应,导致来自这个物体背后的影像被放大、增亮,有时还会发生位移。

孤立的黑洞也能产生“引力透镜”效应,在这个尺度上的“引力透镜”被称为“微引力透镜”。它能够放大、增亮其后方天体——通常是恒星的影像。

2011年人们之所以能够发现这个看不见的“小东西”,是因为在它附近,突然出现了一颗被增亮200多倍的恒星。但是当时人们无法确认这颗恒星的视觉位置是否发生了变化。而视觉位置的变化,是确认发生了“引力透镜”现象,进而推算出那个看不见小东西质量的关键。

但是这种变化极其细微,极难感知。尤其对于在大气层以内,容易受大气抖动干扰的地基望远镜而言。于是研究人员转而求诸哈勃太空望远镜。

哈勃不辱使命。两个科研小组经过几年的观测和分析之后发现,背景恒星的位置确实发生了变化。但是根据位移程度得出的具体计算结果却并不一致。

一个小组认为这个小东西的质量大约相当于太阳的7倍。假如它是一颗恒星,那么这么大的质量,一定会极为明亮。但是人们在那里却什么也没看到。这么重,又这么黑,按照人类目前的认识,除了黑洞还能是什么呢?

但是另外一组科学家得出的结论稍有不同。他们发现这个看不见的小东西质量大约相当于太阳的2至4倍。

这是一个非常奇怪的质量区间。位于这个质量区间内的天体,既有可能是黑洞,也有可能是中子星。假如它是黑洞,那么它是有史以来最轻的黑洞;假如它是中子星,那它是有史以来最重的中子星,重得让人难以置信——因为中子星的质量上限也只有太阳的1.5至2倍。

所以这个不发光的“小东西”究竟会是什么呢?

参考

An isolated stellar-mass black hole detected through astrometric microlensing

https://arxiv.org/abs/2201.13296

An isolated mass gap black hole or neutron star detected with astrometric microlensing

https://arxiv.org/abs/2202.01903

参考

An isolated stellar-mass black hole detected through astrometric microlensing

https://arxiv.org/abs/2201.13296

An isolated mass gap black hole or neutron star detected with astrometric microlensing

https://arxiv.org/abs/2202.01903