天鹅座X-1双星系统真的是黑洞的候选星体吗？

光头人1

天鹅座X-1（Cyg X-1）是最早发现的X射线源之一，所谓的X射线源就是会发出X射线的天体，天鹅座X-1是天文学家在天鹅座发现的第一个X射线源，所以就称为天鹅座X-1。

天鹅座X-1的现身

一开始科学家并不了解为何天鹅座X-1会发出X射线，也不知道天鹅座X-1是什么样的天体。经过仔细研究后，发现天鹅座X-1是一个双星系统，也就是两个天体在彼此的重力吸引下互绕运行着。天鹅座X-1双星系统中的一个天体是蓝超巨星，它的编号是HD 226868，另外一个天体则是黑洞，也就是发出X射线的来源。

天鹅座X-1的示意图，吸积盘的中央是黑洞，右边是它的蓝巨星伴星HD 226868。图片来源：NASA/CXC/M.Weiss

天鹅座X-1的伴星是HD 226868，HD 226868的物质在黑洞的附近先形成一个吸积盘，然后再掉进黑洞里，吸积盘的温度非常高，这样的高温会发出X射线，这就是天鹅座X-1的X射线来源。

黑洞不是不会发光吗？为什么还会发出X射线？发出X射线的是黑洞的吸积盘，不是黑洞本身，吸积盘位在黑洞的外围，离黑洞还有一段距离，所以能够发出X射线。

作者NASA/CXC/SAO/J.Miller et al.

钱德拉对天鹅座X-1的X射线光谱在6.4 keV处显示出独特的高峰，这是因为吸积盘中的电离铁。这个高峰值被引力红移，因多普勒现象放宽，并偏向较低的能量值。

透过观察HD 226868的运动，天文学家可以量测出天鹅座X-1黑洞和伴星HD 226868的质量，它们的质量分别是太阳质量的15倍和19倍左右。天文学家是如何知道天鹅座X-1是一个黑洞，而不是其他的天体呢？

如果天鹅座X-1是一颗15倍太阳质量的恒星，它发出的可见光一定会被看见。如果天鹅座X-1不是一颗恒星，有可能是恒星死亡后的残骸吗？恒星死亡后留下来的残骸有三种：白矮星、中子星和黑洞。白矮星和中子星只发出微弱的可见光，不过白矮星和中子星的质量都有上限，白矮星最重不会超过1.4倍太阳质量，而中子星最重也不会超过3倍太阳质量，天鹅座X-1的质量是太阳的15倍，远远大于白矮星和中子星的质量上限，所以扣除恒星、白矮星和中子星的可能，天鹅座X-1最可能就是黑洞！

黑洞的赌注

1975年，史蒂芬·史蒂芬霍金（Stephen Hawking）和基普·索恩（Kip Stephen Thorne）曾经打赌，打赌的内容是到底天鹅座X-1到底是不是黑洞？史蒂芬霍金认为不是，而索恩则认为是。这两位天文物理学家都是黑洞的权威，史蒂芬霍金对黑洞提出新的想法，写过《时间简史》这本极受欢迎的科普书，索恩则是因为重力波的研究在2017年得到诺贝尔物理奖，另外索恩曾经在《星际效应》电影中担任科学顾问，让电影中的黑洞看起来更真实。

史蒂芬霍金和索恩的赌注是杂志，输的人要订阅杂志给赢的人，为什么史蒂芬霍金会打赌天鹅座X-1不是黑洞呢？史蒂芬霍金解释说他一辈子研究黑洞，当然希望黑洞确实存在，万一黑洞只是一个虚构的天体，他希望至少还有一些杂志可以看。后来更多的观测证据显示天鹅座X-1真的黑洞，史蒂芬霍金承认他赌输，黑洞确实存在！所以索恩获得一年份的《阁楼》杂志，这次打赌的结果皆大欢喜，没有输家。

艺术家对HDE 226868–天鹅座X-1双星系统的意想图。ESA/Hubble illustration.作者ESA

文章来源：屋顶上的天文学家

本文选自：今日头条

ling332601

奥秘！