新浪新闻客户端

人类史上发现的第一个黑洞,比以前估计的更大,转速接近光速!

人类史上发现的第一个黑洞,比以前估计的更大,转速接近光速!
2021年05月05日 14:14 新浪网 作者 万物和光

  在上世纪中期前后,黑洞只是理论存在的物体,只是爱因斯坦广义相对论中预测的一种物体,是否真的存在很长时间里都是未知数。但这个未知的物体令很多天文学家为之废寝忘食地研究,都在试图找出证明黑洞存在的证据。那你知道人类史上发现的第一个黑洞是哪个吗?天鹅座 X-1(Cygnus X-1)。

  据最新发表于《科学》杂志的一项研究指出,天文学家重新审视了有史以来发现的第一个黑洞,发现天鹅座 X-1的实际大小比过去预测的还要大1.5倍左右。黑洞这是长大了吗?还是它本身就这么大?

  而关于这个黑洞,学界还有一个故事——黑洞赌注。

  著名的黑洞赌注!

  1974年,霍金(Stephen Hawking)和物理学家基普·索恩(Kip Thorne)打赌,内容是到底天鹅座X-1到底是不是黑洞?霍金选择不是,而索恩则选择是。如果谁输了,谁就要给对方订一年的杂志。

  而这个赌注的结果到1990年才出现。霍金承认他输了,他给索恩订了一年份的一份名叫《阁楼》杂志。就当时而言,霍金和索恩都是研究黑洞的权威,为何霍金会选择认为天鹅座 X-1 不是黑洞呢?后来霍金解释表示,他希望黑洞确实存在,但倘若黑洞不存在,他至少还有一些杂志可以看。ps:索恩因重力波在2017年获得了诺贝尔物理奖。

  天鹅座X-1比过去估计还要大!

  天鹅座 X-1是在1964年在银河系天鹅座发现的一个神秘天体,会发出 X 射线。其名字中的“X-1”指的是最早发现的X射线源之一。在确定它是一个黑洞后,当时天文学家估算了它的距离和质量,距离地球6070光年左右,质量大约是太阳的14.8倍。而且它还有一个伴星叫“ HD 226868”的蓝超巨星(BSGs),质量约为太阳的24倍。

  不过最近一个国际天文学家团队使用了超长基线阵列(Very Long Baseline Array,缩写为VLBA)重新观察天鹅座 X-1,在持续6天时间里(这是黑洞及其伴星相互绕圈运行一次的时间),发现黑洞在运行时出现了微微晃动。在详细分析后,团队得出结论:天鹅座X-1比我们想象的要远得多,也意味着黑洞本身明显更大。

  因此计算结果表明,天鹅座 X-1距离地球约7200光年,质量约太阳21倍,比以前所估算的还要大1.5倍;而它的伴星‘HDE 226868’的质量也修正为40.6个太阳质量。

  黑洞的质量是如何算出来的?

  要想给黑洞称重,首先我们要知道黑洞距离地球有多远。随着地球绕太阳运动,我们会从不同的角度看到天鹅座X-1。然后我们会发现它似乎在静止的背景物体上来回很小地移动,这种效果我们称为“视差”。这个微小的运动量使我们能够计算出我们与天鹅座X-1之间的距离。但是,为了进行精确的测量,团队还必须考虑黑洞围绕其伴星的轨道运动。

  随后团队借助了VLBA绘制了黑洞的轨道,其位置精度相当于将月球上的物体定位在十厘米以内。通过使用距天鹅座X-1的距离以及恒星的亮度和温度,最后计算了恒星的大小。有了这些知识以及恒星绕黑洞运动时所测得的运动,我们就可以确定黑洞的质量。最后科学家算出了天鹅座 X-1的质量是太阳的21倍。

  为什么要关心黑洞的质量?

  一般来说,大质量恒星在直接塌缩成黑洞之前,表面的恒星风会吹走大部分物质。通常恒星越大越发光,恒星风越强,其质量损失速度就越快。宇宙中有些恒星每天会损失相当于一个地球(或更多)质量的气体,如果恒星中有大量重元素,尤其是铁,则质量损失会更快。

  但无论恒星的初始质量是多少,大质量恒星应该都缩小到15个太阳质量,然后坍塌成黑洞。不过天鹅座 X-1新测出的质量挑战了这个说法,实际上挑战了天文学家对黑洞形成的看法。

  团队中来自澳大利亚墨尔本蒙纳士大学的天体物理学家曼德尔(Ilya Mandel)教授表示:“有时候,恒星诞生时的质量很高,有观察到恒星诞生时的质量超过了100个太阳质量。不过大质量恒星坍塌成黑洞前,恒星风减轻了大部分重量。恒星越大,其所包含的元素越重,恒星风越强。因此在银河系的重元素丰富的星系中,无论初始质量如何,大恒星都应缩小到约15个太阳质量,然后坍缩成黑洞。”

  “但新发现告诉我们,天鹅座X-1生前的恒星质量大约是太阳质量的60倍,并在几万年前坍塌成黑洞。这表明一个恒星黑洞要长这么大,它在坍塌成黑洞前损失的质量速度,没有学界所认为的那么快。”

  另外团队还发现,天鹅座 X-1的旋转速度非常快,接近光速,比迄今为止发现的任何其他黑洞都要快,原因尚未得知。而且根据团队的预测,天鹅座 X-1的伴星‘HDE 226868’有一天也会变成一个黑洞,与天鹅座 X-1 形成双黑洞系统。但就两者的距离来看,这两颗黑洞不会合并,至少在百亿年时间里不会合并。

  该研究论文已发表在《科学》(Science)期刊上。

特别声明:以上文章内容仅代表作者本人观点,不代表新浪网观点或立场。如有关于作品内容、版权或其它问题请于作品发表后的30日内与新浪网联系。
权利保护声明页/Notice to Right Holders 我要反馈
新浪新闻意见反馈留言板 400-052-0066 欢迎批评指正

违法和不良信息举报电话:4000520066
举报邮箱:jubao@vip.sina.com

Copyright © 1996-2021 SINA Corporation

All Rights Reserved 新浪公司 版权所有