恒星系统HR 6819：迄今为止距离地球最近的黑洞

编译|吴菲

肉眼可见的黑洞

黑洞无疑是宇宙中最神秘的天体。它们隐藏在黑暗中，吞噬所有进来的光线。不管大小，所有黑洞都有一个共同的特征，那就是事件视界。一旦光线穿过事件视界，就无法逃逸。但是黑洞还是会显示出它的踪迹，这样我们就可以捕捉到踪迹:当离黑洞不远的地方有一颗恒星时，恒星的物质被黑洞吸引，超高温的尘埃和气体形成一个围绕黑洞快速旋转的吸积盘，释放出来的X射线可以“照亮”黑洞。那么，如果黑洞周围没有足够近的伴星呢？虽然不能直接看到，但科学家可以通过黑洞对其他天体的引力作用间接探测到这些神秘物体。

在最近发表在《天文学和天体物理学杂志》上的一项研究中，欧洲南方天文台的天文学家通过这种方法有了一个显著的发现——他们发现了迄今为止离地球最近的黑洞。如果结论是真的，南半球的人甚至可以不用观测设备，用肉眼看到黑洞所在的恒星系统。

恒星系统HR 6819位于南方天空的望远镜星座，距离我们1000光年。这是一个普通的双星系统，在南半球不起眼，肉眼几乎看不到，但研究人员发现其中一颗恒星的光谱线呈现周期性摆动。所以，这个系统中一定有未被发现的天体。

进一步分析表明，其中一颗恒星似乎以40天为一个周期围绕着这个看不见的天体旋转；另一颗星比较远，周期比较长。这个天体的质量是太阳质量的4.2倍。如果这是一颗恒星，那么考虑到它的质量和距离，地球上的观察者将能够看到这颗恒星。所以建议HR 6819系统的中心是黑洞。

埋了15年的数据

该项研究的主要作者、欧洲南方天文台的托马斯·里维纽斯说:“我们最初认为HR 6819是一个双星系统，但我们发现它实际上是一个由三个天体组成的系统。”

研究小组通过使用欧洲南方天文台在智利拉塞拉天文台的2.2米望远镜获得了这一发现。但是，需要指出的是，这个观察不是最近做的。早在2004年，天文学家就在几个月的观察中获得了这些数据。然而，这些数据并没有引起天文学家的注意——如上所述，他们认为这只是一个普通的双星系统。

直到去年，中国国家天文台的刘继峰团队使用郭守敬望远镜发现了质量最大为太阳70倍的恒星黑洞。刘继峰的团队注意到了一颗恒星中异常的光谱线，然后通过进一步的分析提出这颗恒星正在围绕一个“看不见的天体”做近似圆周运动。

发表在《自然》杂志上的研究引起了里维纽斯的注意:“我想，等等，我的抽屉里有一些没用过的数据，和LB-1很像。”因此，里维纽斯团队开始重新分析这些由来已久的数据。

里维纽斯等人根据HR 6819系统中两颗恒星的年龄，提出这个系统中的黑洞是几千年前超新星爆发的残余。一般情况下，双星系统中的黑洞可以吸积伴星物质，从中释放出的大量X射线形成发光盘，围绕着黑洞。有趣的是，在HR 6819系统中，两颗伴星与黑洞轨道之间的距离足够远，可以避免被黑洞吃掉。正因为如此，这个“双星”系统在被观测到之后，一度被天文学家遗忘了很多年。

天文学意义和争议

如果黑洞确实存在于HR 6819系统中，这一发现除了更新黑洞与地球的最近距离外，还有一系列的天文学意义。以前认为超新星会影响周围恒星的轨道，甚至会把恒星“踢”进星际空间空。这个稳定的三体系统讲述了一个完全不同的故事。“从这个案例中，我们知道黑洞可以在不‘踢’周围恒星的情况下形成。”里维纽斯说。

这项研究的另一个意义是，它表明这样的“安静”黑洞比以前认为的更普遍，所以仍然有大量类似的未知黑洞等待被发现。甚至LB-1也可能属于这个以前未知的黑洞系统。当然，LB-1距离更远，信号更弱，观测难度更大，但也不是不可能。里维纽斯说，他们已经计划研究LB-1系统。

HR 6819也为理解产生引力波的黑洞系统的形成机制提供了一条有吸引力的线索。当两个黑洞或黑洞与中子星合并时，天文学家已经探测到了时间空波纹。但在合并之前，这样一个系统是如何诞生的，是一个未解之谜。

这一发现的科学意义充满了诱惑，但一些科学家提出了不同的观点。加州大学伯克利分校的卡里姆·巴德里(Kareem El-Badry)认为，这项研究的结论“显然值得怀疑”。El-Badry注意到这个结论是基于一系列的假设，特别是系统中靠近黑洞的恒星，质量大约是太阳的五倍。在他看来，这个假设还不够可靠。一旦这颗恒星的质量小于里维纽斯团队的假设，系统中心不可见物体的质量也会减少。所以这个天体可能根本不是黑洞，而是质量不足以观测到的恒星。埃尔-巴德里说:“那里一定有天体，但我说它是黑洞是不明智的。”

阿姆斯特丹大学的Edward van den Heuvel从另一个角度对此提出质疑，称无法判断被公认为黑洞的天体是太阳质量4.2倍的单个天体，还是平均质量为太阳质量2.1倍的两颗恒星。“它也可能是一个四体系统，宇宙中许多明亮的恒星都位于其中，”范登赫维尔说。“如果天体在某个时间释放出X射线，那么我们就可以确定它是黑洞。但是如果我们不能一直观察到X射线信号，那么问题来了:是黑洞还是两颗恒星互相绕着对方转？”

对此，里维纽斯认为，如果这是一个四体系统，我们可以从HR 6819释放的光线中找到能够清晰识别其身份的特征。为了知道它的身份，需要更多的望远镜来观察它更长的时间。由于新冠肺炎疫情在全世界蔓延，许多天文台关闭了。里维纽斯说，他们将在观察重新开始后立即尝试。目前可以说，太阳系“后院”似乎潜伏着一个不为人知的“黑暗”同伴。