破纪录！银河系最可怕的恒星质量黑洞是潜伏在地球附近的沉睡巨人

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艺术家对银河系中质量最大的恒星黑洞系统的印象。（图片来源：ESO/L.Cal?ada）

据美国太空网（Robert Lea）：银河系有一个新发现的大黑洞，它潜伏在地球附近！这颗沉睡的巨人是由欧洲太空望远镜盖亚发现的，盖亚追踪了银河系数十亿恒星的运动。

恒星质量黑洞是当一颗大恒星耗尽燃料并坍塌时产生的。这一新发现是一个里程碑，代表着首次在地球附近发现如此起源的大黑洞。

这个恒星质量的黑洞被命名为Gaia-BH3，其质量是太阳的33倍。此前在银河系中发现的质量最大的此类黑洞是天鹅座X射线双星（天鹅座X-1）中的一个黑洞，其质量估计约为太阳的20倍。银河系中的平均恒星质量黑洞大约是太阳的10倍重。

Gaia-BH3距离地球仅2000光年，是迄今为止发现的距离地球第二近的黑洞。距离地球最近的黑洞是Gaia-BH1（也由Gaia发现），距离地球1560光年。Gaia-BH1的质量大约是太阳的9.6倍，比这个新发现的黑洞小得多。

“找到盖亚BH3就像电影《黑客帝国》中尼奥开始‘看到’矩阵的那一刻，”伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室的科学家、盖亚黑洞特别工作组成员乔治·西布鲁克在发给Space.com的一份声明中说。“在我们的情况下，‘矩阵’是我们星系中休眠恒星黑洞的种群，在盖亚探测到它们之前，这些黑洞就对我们隐藏起来了。”

Seabroke补充道，Gaia BH3是这一群体的重要线索，因为它是我们银河系中发现的质量最大的恒星黑洞。

当然，与主宰银河系中心的超大质量黑洞人马座a*（Sgr a*）相比，Gaia-BH3只是一个小问题，后者的质量是太阳的420万倍。像Sgr A*这样的超大质量黑洞不是由大质量恒星的死亡造成的，而是由越来越大的黑洞合并而成的。



盖亚发现的三个黑洞的位置图（图片来源：欧空局/盖亚合作组织）

沉睡的巨大黑洞导致恒星伴星摇晃

所有黑洞都有一个称为视界的外部边界，在这个边界上，黑洞的逃逸速度超过了光速。这意味着事件视界是一个单向的光捕获表面，任何信息都无法逃脱。

因此，黑洞不会发光或反射光，这意味着只有当它们被逐渐吞噬的物质包围时，才能“看到”它们。有时，这意味著双星系统中的黑洞从伴星中提取物质，伴星在其周围形成一个气体和尘埃盘。

黑洞的巨大引力影响在周围物质中产生强烈的潮汐力，使其与被破坏和消耗的物质一起发出明亮的光芒，同时也发出X射线。此外，黑洞不喜欢的物质可以被引导到它的两极，并以近光速喷流的形式喷出，伴随着光的发射。

所有这些光发射都可以让天文学家发现黑洞。问题是，如何探测到不以周围气体和尘埃为食的“休眠”黑洞？例如，如果一个恒星质量的黑洞有一颗伴星，但两者相距太远，黑洞无法从其双星伙伴那里抢夺恒星物质，该怎么办？

在这种情况下，黑洞及其伴星会围绕一个代表系统质心的点运行。当一颗恒星被一个轻伴星（如另一颗恒星甚至一颗行星）围绕时，情况也是如此。

围绕质心运行会导致恒星运动的摆动，天文学家可以看到这一点。因为盖亚擅长精确测量恒星的运动，所以它是观察这种摆动的理想仪器。

盖亚的黑洞特别工作组开始寻找奇怪的摆动，这些摆动无法通过另一颗恒星或行星的存在来解释，并且表明有一个更重的伴星，可能是一个黑洞。



黑洞Gaia-BH3周围的区域。（图片来源：ESO/数字化巡天2号。鸣谢：D.De Martin。）

研究小组在距离地球1926光年的天鹰座的一颗古老巨星上进行了研究，发现该恒星的路径发生了摆动。这种摆动表明，这颗恒星与一个质量异常高的休眠黑洞锁定在轨道运动中。两者之间的距离从太阳和海王星之间最宽的距离到我们的恒星和木星之间最近的距离不等。

法国巴黎天文台CNRS的首席研究员Pasquale Panuzzo在一份声明中表示：“这是一只真正的独角兽。”。“这是你研究生涯中的一次发现。到目前为止，由于引力波的观测，只有LIGO Virgo KAGRA合作在遥远的星系中发现过这么大的黑洞。”



我们银河系中的三个恒星质量黑洞：（左）盖亚BH1、（中）天鹅座X-1和（右）盖亚BH3，它们的质量分别是太阳的10倍、21倍和33倍。盖亚BH3是迄今为止在银河系中发现的质量最大的恒星黑洞。（图片来源：ESO/M.Kornmesser）

由于盖亚的敏感性，黑洞特别工作组也能够限制盖亚-BH3的质量，发现它拥有33个太阳质量。

特拉维夫大学Gaia合作成员、科学家Tsevi Mazeh说：“Gaia-BH3是第一个我们可以如此准确地测量质量的黑洞。”。“该物体的质量是太阳的30倍，是我们通过引力波实验观测到的非常遥远的黑洞质量估计的典型值。盖亚的测量提供了第一个无可争议的证据，证明确实存在如此重的（恒星质量）黑洞。”

然而，Gaia-BH3系统肯定会引起科学家的极大兴趣，不仅仅是因为它与地球的距离和黑洞的质量。

这个系统中的恒星是一颗次巨星，大约是太阳的五倍大，亮度是太阳的15倍，尽管它比我们的恒星更冷，密度也更低。Gaia-BH3伴星主要由氢和氦组成，这是宇宙中最轻的两种元素，缺乏天文学家（有点困惑）称之为“金属”的较重元素

这颗恒星“缺乏金属”的事实表明，坍塌并死亡以产生Gaia-BH3的恒星也缺乏较重的元素。预计贫金属恒星一生中会比富含金属的恒星脱落更多的质量，因此科学家们质疑它们是否能保持足够的质量来产生黑洞。Gaia-BH3代表了贫金属恒星确实可以做到这一点的第一个暗示。

Seabroke总结道：“盖亚的下一次数据发布预计将包含更多内容，这将有助于我们‘看到’更多的‘矩阵’，并了解休眠恒星黑洞是如何形成的。”。

该团队的研究于今天（4月16日）发表在《天文学与天体物理学》杂志上。