​南半球冬季夜空中头顶的望远镜座HR 6819恒星系统 藏着距离地球最近的黑洞

南半球冬季夜空中头顶的望远镜座HR 6819恒星系统 藏着距离地球最近的黑洞

这张艺术家想象图描绘出HR 6819三体系统中的天体运行轨道。 这个系统的内侧有一颗恒星（轨道以蓝色显示）和一个最近才发现的黑洞（轨道以红色显示），外侧还有第三颗轨道较远的恒星（轨道亦以蓝色显示）。 ILLUSTRATION BY ESO/L. CALÇADA

在这张由数字巡天2计划（Digitized Sky Survey 2）所拍摄的广视野影像中央，可以看到HR 6819恒星系统。 这两颗恒星的距离极为接近，看起来似乎合而为一。 这个三体系统里，隐藏着迄今发现距离地球最近的黑洞。 IMAGE BY ESO/DIGITIZED SKY SURVEY 2. ACKNOWLEDGEMENT： DAVIDE DE MARTIN

（报道）据美国国家地理（撰文：MICHAEL GRESHKO 编译：邱彦纶）：距离地球最近黑洞，原来就藏身这里！这个大质量天体就藏身在肉眼可见的恒星系统之内。

南半球冬季的夜空中，头顶的望远镜座（Telescopium）中有颗蓝色光点闪烁不已。 夜空中的这个小点看上去像是颗明亮的恒星，但其实是两颗近距离互绕的恒星──再加上另一个目前已知距离地球最近的黑洞。

这个新发现的黑洞位于HR 6819恒星系统内，距离我们的太阳系约有1011光年远。 根据5月5日出版的《天文与天文物理学》（Astronomy & Astrophysics）期刊指出，这个不可见天体与另外两颗可见恒星的轨道相同。 科学家估计这个黑洞的质量约为太阳的4倍，比之前发现距离我们最近的黑洞还要近了约2500光年。

美国加州大学伯克莱分校的博士生卡里姆. 巴德里（Kareem El-Badry）表示：「它似乎就藏身在众目睽睽之下，」他的专长是双星系统，但并未参与该研究。 他说：「这个恒星系统的亮度够亮，因此科学家从1980年代就开始研究它了，但看起来它似乎还隐藏了一些惊喜等着我们。 」

以人类的尺度来看，1000光年的距离相当遥远。 如果把地球与太阳之间的距离缩短为头发的宽度，那么 HR 6819恒星系统就在大约6.4公里之外。 不过，从更大的尺度──直径超过10万光年的银河系──来看，HR 6819恒星系统的距离相当近，而且这也显示有许多黑洞散布在银河系之中。

这篇研究论文的第一作者──欧洲南方天文台（European Southern Observatory，简称ESO）的天文学家汤玛士. 里维纽斯（Thomas Rivinius）表示，如果你发现了一个距离非常近的黑洞，而且你又觉得自己并不特别，那就表示一定到处都有黑洞存在。 」

与恒星一同打转的黑洞

黑洞是一种非常致密的天体，它的重力场十分强大，甚至连光线都无法逃脱。 天文学家一直都估计有好几亿个黑洞存在银河系之中，但是要找到这些黑暗的天体却极为困难。 科学家发现银河系里有几十个黑洞在吞食附近的气体团块，这些物质绕着黑洞边缘打转时会释放出X射线。 但是，银河系里的大多数黑洞是看不见的。 因此，要发现它们的唯一方法，就是观测周围天体的重力效应。

其实研究HR 6819恒星系统的天文学家一开始根本就没有要寻找黑洞，他们只是想深入了解这对彼此互绕运转的奇特恒星。

较外侧的恒星是颗Be星，它的质量比太阳还要大上几倍，温度更高，颜色也更蓝。 这颗恒星赤道的自转速度超过每秒482公里，比太阳赤道的自转速度还要快200多倍。 里维纽斯说：「它们的自转速度非常快，恒星上的物质差一点就要飞出去了。 」

将时间倒转回到2004年，当时天文学家利用智利拉西拉天文台（La Silla Observatory）2.2公尺口径的MPG/ESO望远镜，对HR 6819恒星系统进行了为期四个月的观测研究。 他们发现有些迹象显示这并不是个标准的双星系统，「正常的」的内侧恒星似乎以40.3天的周期绕着另一个天体运转，而较大的Be星以更远的轨道距离绕着内侧恒星与神秘的第三个天体运行。

五年后，欧洲南方天文台的斯坦. 斯特夫（Stan Štefl）率队重新审视这次的观测结果，其中就隐藏着黑洞藏身HR 6819恒星系统的线索。 但斯特夫于2014年不幸因车祸过世，让这项研究工作陷入停滞。

2019年11月，曾与斯特夫长期共事的Be星专家──里维纽斯找到了重新观测HR 6819的新理由。 另一个团队发表的研究宣称在LB-1恒星系统中发现了一个70倍太阳质量的黑洞，这个发现让人跌破眼镜。 根据物理学家对恒星质量级黑洞形成的认识，黑洞是由大质量星发生超新星爆发后所形成的——如果是这样的话，应该不可能有70倍太阳质量的黑洞形成。 当足以产生如此大质量黑洞的恒星死亡时，爆炸产生的残骸并不会往回掉落。

然而，里维纽斯的团队留意到， LB-1恒星系统的观测数据与HR 6819恒星系统极为相似。 因此他们开始描述HR 6819恒星系统中第三个谜样天体的特征。 根据对内侧恒星公转轨道及亮度的计算，他们发现这个不可见天体的质量起码是太阳的4.2倍──与银河系内其他已知黑洞的质量差不多。

看不见的目标

这篇研究论文的共同作者──欧洲南方天文台的荣誉科学家迪特里希. 巴德（Dietrich Baade）认为，如果这个天体的质量约为太阳的四倍，那它就不可能是颗普通的恒星，因为那么大的恒星会非常容易探测到。 此外，这个天体的质量也太大，不可能是颗中子星（由某些超新星爆发后留下的恒星核心）。

只有一种天体能解释这个计算结果：黑洞。

但巴德里表示，所有对像HR 6819这类包含多个近距离天体恒星系统的研究，都得要应付一些潜在的误差来源。 HR 6819外侧的Be星和内侧恒星之间的距离太近了，无法使用任何的光学望远镜将它们解析开来。 只有藉由这两颗恒星所发射出的不同光谱，才能分辨出它们。

有时候，较老恒星外层的氢「剥离」后，会与更年轻、质量更大的恒星看起来很类似。 如果HR 6819系统的内侧恒星就是这种状况，那么研究人员就得重新计算这个假想黑洞的质量。

在後續的研究中，論文共同作者彼得. 哈德拉瓦（Petr Hadrava）带领研究者努力「解开」HR 6819系统发出的光线，厘清这两颗恒星的准确光谱，以确定它们的特性。 巴德里补充道，欧洲太空总署（ESA）的盖亚（Gaia）太空望远镜正在以前所未有的精度观测银河系，这可以提供有关HR 6819系统内天体公转轨道的更多细节。 由于这个恒星系统与我们的距离非常近，天文学家可以利用一种称为干涉法（interferometry）的技术，结合许多望远镜的观测资料，来精确地分辨出这两颗恒星。 先前科学家也是用这种技术，以望远镜网络拍摄超大质量黑洞的轮廓。

「通常，如果在黑洞周围有颗恒星时，我们其实看不到恒星绕着黑洞运转，」这篇论文的共同作者──欧洲南方天文台的博士后研究员玛莉安. 海达（Marianne Heida）表示，「但这个系统与我们的距离这么近，我们应该能够看到它的运动...... 这代表如果一切顺利，我们就能更精确地掌握黑洞的质量。 」

研究人员正在规划接下来该如何继续进行研究，它们也将这份荣耀归给斯坦. 斯特夫，因为他是一开始推动发现这个黑洞的主要力量。 「斯坦非常小心谨慎，」里维纽斯微笑着说，「他可能现在就在看着我，然后问我：你真的确定吗？ 」