黑洞無疑是宇宙中最神秘的天體，他們隱匿在黑暗中，吞噬着一切進入的光線。無論體型大小，所有黑洞都有着共同的特徵，這就是事件視界。光線一旦越過事件視界，便無法逃逸。
HR 6819系統的藝術概念圖（圖片來源：ESO and L。 Calçada）
撰文 | Jonathan O『Callaghan
編譯 | 吳非
肉眼可「見」的黑洞
不過，黑洞還是會露出馬腳，從而被我們捕捉到蹤跡：當黑洞不遠處有一顆恆星時，恆星的物質被黑洞吸引，超高溫的塵埃與氣體形成圍繞黑洞快速旋轉的吸積盤，釋放出的X射線可以將黑洞「點亮」。那麼，如果黑洞周圍沒有這樣一顆足夠接近的伴星呢？雖然無法直接看見，但科學家可以通過黑洞對其他天體的引力效應，間接探測到這些神秘天體。
在一項發表於《天文與天體物理學雜誌》的最新研究中，歐洲南方天文台（ESO）的天文學家就通過這個方法，取得了一項引人矚目的發現——他們找到了迄今為止距離地球最近的黑洞。如果結論成立，南半球的人們甚至可以不藉助觀測設備，肉眼看見這顆黑洞所處的恆星系統。
恆星系統HR 6819位於南天的望遠鏡星座，距離我們1000光年。這本是一個毫不起眼、在南半球勉強可以用肉眼看見的普通雙星系統，但研究人員發現，其中一顆恆星的譜線呈現出周期性的搖擺。因此，在這個系統中，一定存在着某個尚未被發現的天體。
進一步的分析指出，其中一顆恆星似乎以40天為周期，圍繞着這個看不見的天體旋轉；另一顆恆星距離較遠，周期也更長。而這枚天體的質量，相當於太陽質量的4.2倍。如果這是一顆恆星，那麼考慮其質量及距離，地球上的觀測者一定能夠看見這顆恆星。因此研究提出，在HR 6819系統中心的，是一顆黑洞。
埋藏15年的數據
這項研究的主要作者，ESO的Thomas Rivinius說：「我們最初以為HR 6819是一個雙星系統，但我們進一步審視才發現，其實它是由3個天體組成的系統。」
研究團隊使用ESO位於智利拉息拉天文台的2.2米口徑望遠鏡，取得了這一發現。不過需要指出的是，這項觀測並不是最近才做出的。早在2004年，天文學家就在為期數月的觀測中得到了這些數據。但這些數據並未引起天文學家的注意——正如上文提到的，他們認為這只是一個普通的雙星系統。
直到去年，中國國家天文台的劉繼峰團隊利用郭守敬望遠鏡，發現了質量70倍於太陽的最大質量恆星級黑洞。劉繼峰團隊正是注意到一顆恆星中反常的光譜線，才通過進一步的分析提出，這顆恆星正在圍繞一個「看不見的天體」做近似圓周運動。
這項發表在《自然》雜誌上的研究引起了Rivinius的注意：「我想，等等，我抽屜里有一些未經使用的數據，和LB-1（劉繼峰團隊發現的黑洞與恆星組成的雙星系統）非常相像。」於是，Rivinius團隊開始對這些塵封已久的數據進行重新分析。（註：就在上周，《自然》雜誌的兩篇文章對LB-1系統中的恆星級黑洞展開了隔空對話。比利時魯汶大學的科學家認為，劉繼峰團隊對於氫譜線的解釋不正確，因此氫發射線的來源並非是黑洞；而劉繼峰團隊則在另一項研究中回應稱，氫發射線的問題比之前預期的更加復雜，結合最新數據，LB-1中的黑洞質量可能在23~65倍太陽質量之間。）
根據HR 6819系統的兩顆恆星的年齡，Rivinius等人提出，該系統中的黑洞，是一次數千萬年前的超新星爆發的遺跡。一般情況下，雙星系統中的黑洞能夠吸積伴星的物質，由此釋放的大量X射線構成發光盤，將黑洞包圍。有趣的是，在HR 6819系統中，兩顆伴星與黑洞運行軌道之間的距離較遠，足以避免被黑洞「進食」。正因為如此，這個「雙星」系統在被觀測到之後，一度被天文學家遺忘多年。
天文學意義與爭議
如果HR 6819系統中的黑洞的確存在，這一發現除了更新黑洞與地球的最近距離，還有着一系列天文學意義。之前人們認為，超新星將影響顯著周圍恆星的運行軌道，甚至將恆星「踢」至星際空間中。而這個穩定的三體系統則講述了一個完全不同的故事。「從這個案例中我們得知，黑洞不用『踢』走周圍的恆星即可形成。」Rivinius說。
這項研究的另一個意義在於，它說明這樣「安靜」的黑洞比此前預想的更加常見，因此仍有大量類似的未知黑洞等待發掘。甚至，LB-1也可能屬於這一類此前未知的黑洞系統。當然，由於距離更遠、信號更弱，LB-1的觀測更加困難，但也並非不可能。Rivinius表示，他們已經計劃研究LB-1系統。
HR 6819還為理解產生引力波的黑洞系統的形成機制提供了誘人的線索。當兩顆黑洞，或是黑洞與中子星並合時，產生的時空漣漪已經被天文學家探測到。但在並合之前，這樣的系統是如何誕生的，卻是個未解之謎。
這項發現的科學意義充滿了誘惑性，但也有一些科學家提出了不同意見。加州大學伯克利分校的Kareem El-Badry（未參與該研究）認為，這項研究得出的結論「顯然是值得懷疑的」。El-Badry注意到，這個結論的得出，是基於一系列假設的，尤其是系統中較為接近黑洞的恆星，質量大約相當於太陽的5倍。在他看來，這個假設並非足夠可靠。一旦這顆恆星的質量不及Rivinius團隊的假設，那麼系統中央不可見天體的質量也要隨之下降。因此，這顆天體或許根本就不是黑洞，而是一顆質量不足以被觀測到的恆星。El-Badry說：「那里一定存在某個天體，但要說它是黑洞，在我看來是不明智的。」
阿姆斯特丹大學的Edward van den Heuvel則從另一個角度提出了質疑，他認為目前無法判斷被認作的黑洞的天體是4.2倍太陽質量的單一天體，還是兩個距離很近，平均質量為2.1倍太陽質量的恆星。「這同樣可能是一個四體系統，宇宙中的不少明亮恆星，都位於這樣的四體系統中，」van den Heuvel說，「如果該天體在某個時刻釋放X射線，那麼我們可以確定它就是黑洞。但如果我們始終無法觀測到X射線信號，那麼問題就來了：它究竟是一個黑洞，還是兩顆相互繞行的恆星？」
對此，Rivinius認為，如果這是一個四體系統，那麼從HR 6819釋放的光線中，我們可以找到能明確其身份的特徵。而要明確其身份，則需要更多望遠鏡加入，進行更長時間的觀測。由於正在全球蔓延的新冠疫情，大量天文台處於關閉狀態。Rivinius表示，在觀測重啟後，他們將立即進行嘗試。至於目前，我們可以說，太陽系的「後院」中似乎潛伏着一個未知的「黑暗」伴侶。
來源：cnBeta
