藝術家對黑洞X射線雙星天鵝座V404的再現 。豪爾赫·盧戈
據《大眾科學》（勞拉·貝薩斯）：物理學家首次在太空中觀測到“三重黑洞” 。這個新系統距離地球約8000光年，由一個中心黑洞組成 ， 該黑洞正在吞噬一顆非常靠近它的小恒星 。令人驚訝的是，第二顆恒星似乎也在繞著中心黑洞旋轉，但距離更遠 。10月23日發表在《自然》雜志上的一項研究描述了這一發現 。
打三分球
科學家們探測到的大多數黑洞似乎都是一對稱為雙星系統的黑洞的一部分 。這些系統由黑洞和次級物體組成，如恒星、密度更大的中子星或另一個黑洞 。然后，雙星系統相互盤旋，并被黑洞的引力吸引在一起 。
對于這個新的黑洞三重體，還有一個額外的物體繞著中心黑洞運行 。較近的恒星大約每6.5天繞黑洞一周 。作者估計 ， 更遙遠的伴星每7萬年繞黑洞一周 。
黑洞似乎對如此遙遠的物體具有引力，這引發了人們對這個黑洞本身起源的一些質疑 。科學家們認為 ， 黑洞是由超新星形成的——一顆垂死恒星的劇烈爆炸 。在超新星爆發過程中，恒星在最后一次爆發中釋放出大量的能量和光，然后坍縮成一個看不見的黑洞 。
如果這個新觀測到的黑洞是由一顆典型的超新星引起的，那么它在最終坍縮之前釋放的能量將踢開任何在其郊區軌道上運行的更松散的物體 。理論上，第二顆外恒星不應該還在附近徘徊 。
該團隊認為 ， 黑洞是通過一個更溫和的過程形成的——直接坍縮 。在直接坍縮過程中，恒星只會在沒有最后一次劇烈爆發的情況下自行坍縮并形成黑洞 。像這樣的溫和起源不會真正干擾任何松散的、遙遠的物體 。
由于新的三重系統包括一顆非常遙遠的恒星，該系統的黑洞可能是通過更溫和的直接坍縮而誕生的 。雖然天文學家幾個世紀以來一直在觀測劇烈的超新星，但這個新的三重系統可能是由這個更溫和的過程形成的黑洞的第一個證據 。
研究合著者、麻省理工學院物理學家凱文·伯奇在一份聲明中說：“我們認為大多數黑洞都是由恒星的劇烈爆炸形成的，但這一發現有助于質疑這一點 。” 。“這個系統對黑洞的進化來說是超級令人興奮的，它也提出了是否還有更多三元組的問題 。”
機會發現
這一發現幾乎也是偶然的 。物理學家在查看太空和世界各地望遠鏡拍攝的天文觀測庫Aladin Lite時發現了它 。他們使用Aladin Lite搜索天空同一部分的圖像 ， 這些圖像是由調諧到不同波長的能量和光的不同望遠鏡拍攝的 。
最初，他們正在銀河系內尋找新黑洞的跡象 。出于好奇，Burdge查看了天鵝座V404的圖像 ， 這是一個距離地球約8000光年的黑洞 。1992年，天鵝座V404成為太空中首批被確認為黑色的物體之一 。自那時起 ， 它已被記錄在1300多篇科學論文中，是我們研究最深入的黑洞之一 。然而，這些研究都沒有報告這種奇怪的三重系統 。
在觀察天鵝座V404的光學圖像時，Burdge看到了看起來像兩個彼此靠近的光點 。第一個斑點是黑洞和一顆在附近運行的內恒星 。這顆恒星離黑洞太近了，以至于它正在將一些物質釋放到黑洞本身并發出可見光 。然而，第二束光很可能來自一顆以前沒有觀測到的非常遙遠的恒星 。
Burdge說：“事實上，我們可以在這么遠的距離上看到兩顆獨立的恒星，這意味著這些恒星必須相距很遠 。” 。
計算發現，外恒星距離黑洞3500天文單位（AU） 。一個天文單位是地球和太陽之間的距離 。因此，外恒星距離黑洞的距離是我們距離太陽的3500倍，或者比冥王星和太陽之間的距離大100倍 。
然后，研究小組質疑外恒星是否與黑洞及其內恒星都有聯系 。為了找到答案 ， 該團隊研究了蓋亞，這顆衛星已經跟蹤銀河系中所有恒星的運動十年了 。他們分析了過去10年蓋亞數據中內外恒星的運動 ， 發現與附近的一些恒星相比，這些恒星是串聯運動的 。根據他們的計算，這種串聯運動的幾率大約是1000萬分之一 。
“這幾乎可以肯定不是巧合或意外，”Burdge說 。“我們看到兩顆恒星相互跟隨，因為它們被這股微弱的引力線連接在一起 。所以這一定是一個三重系統 。”
我們去放風箏吧
然后，該團隊想知道這個系統最初是如何形成的 。一顆典型的超新星的劇烈爆炸在很久以前就已經把它踢得很遠了 。
“想象一下 ， 你在拉風箏，而不是一根結實的繩子，你是用拉的，”Burdge說 。“如果你用力拉 ， 網會斷裂，你會失去風箏 。重力就像這根幾乎沒有束縛的繩子，非常弱，如果你對內部雙星系統做任何戲劇性的事情，你就會失去外部恒星 。”
為了驗證風箏線理論 ， Burdge進行了計算機模擬，以了解這種三重系統是如何進化并保持外恒星的 。
在每次模擬開始時，他都會介紹三顆恒星 。第三顆恒星是黑洞，在它變成黑洞之前 。然后，他進行了數萬次模擬 。對于第三顆恒星如何變成黑洞并影響其他兩顆恒星的運動，每個模擬都有一個略有不同的場景 。例如，他模擬了一顆超新星 ， 改變了能量的大小和所有能量的傳播方向 。他還模擬了直接坍縮的場景，其中第三顆恒星自行坍縮形成黑洞，而沒有釋放任何能量 。
Burdge說：“絕大多數模擬表明，使這種三重作用最簡單的方法是通過直接坍塌 。” 。
這顆額外的外恒星也揭示了該系統的年齡 。研究小組觀察到，外恒星正在成為紅巨星 ， 這是一個發生在恒星生命末期的階段 。基于這一轉變，他們認為外恒星的年齡約為40億年 。由于鄰近的恒星大約在同一時間出生，該團隊認為這個黑洞三重體也有40億年的歷史 。
Burdge說：“我們以前從未對一個老黑洞做到過這一點 。” 。“現在我們知道天鵝座V404是三重星系的一部分，它可能是由直接坍縮形成的，由于這一發現，它形成于大約40億年前 。”

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