VFTS 243 是一個(gè)由一顆大型且熾熱的藍(lán)色恒星和一個(gè)黑洞組成的雙星系統(tǒng)，兩者相互環(huán)繞，如上圖所示。

圖片來(lái)源：歐洲南方天文臺(tái)（ESO）/L · 卡爾薩達(dá)（L.Calçada）

黑洞研究總是能有一些新的和令人興奮的事情發(fā)生。

阿爾伯特 · 愛(ài)因斯坦于 1922 年首次出版了他解釋廣義相對(duì)論的書(shū)籍，而廣義相對(duì)論直接推導(dǎo)出了某些大質(zhì)量恒星會(huì)終結(jié)為一個(gè)黑洞；一百年后，天文學(xué)家捕捉到了銀河系中心黑洞的實(shí)際圖像。在最近的一篇論文 [ 2 ] 中，一組天文學(xué)家描述了另一個(gè)令人興奮的新發(fā)現(xiàn)：在銀河系外觀察到的第一個(gè) " 休眠 " 黑洞。

休眠黑洞指的是不發(fā)射任何可探測(cè)光的黑洞，因此，它們很難被觀測(cè)到。這一新發(fā)現(xiàn)令人興奮，因?yàn)樗峁┝藢?duì)黑洞的形成和演化的新見(jiàn)解，這些信息對(duì)于理解引力波以及其他天文事件至關(guān)重要。

VFTS 243到底是什么？

VFTS 243 是一個(gè)雙星系統(tǒng)，這意味著它由兩個(gè)圍繞共同質(zhì)心運(yùn)行的天體組成。第一個(gè)天體是一顆非常熾熱的藍(lán)色恒星，質(zhì)量約為太陽(yáng)的 25 倍，第二個(gè)天體則是一個(gè)黑洞，質(zhì)量約為太陽(yáng)的 9 倍。VFTS 243 位于大麥哲倫星云（Large Magellanic Cloud）內(nèi)的狼蛛星云（Tarantula Nebula），大麥哲倫星云是銀河系的一個(gè)衛(wèi)星星系，距離地球約 163,000 光年。

VFTS 243 中的黑洞被認(rèn)為是休眠的，因?yàn)樗话l(fā)射任何可探測(cè)的輻射，這與從黑洞中檢測(cè)到強(qiáng)的 X 射線的其他雙星系統(tǒng)形成了鮮明對(duì)比。

這個(gè)黑洞的直徑約為 54 公里，與比它大了近 20 萬(wàn)倍的熾熱恒星相形見(jiàn)絀。兩者都圍繞一個(gè)共同的質(zhì)心快速旋轉(zhuǎn)。即使用上最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡，這一系統(tǒng)從視覺(jué)上看似乎也只是一個(gè)藍(lán)點(diǎn)。

尋找休眠黑洞

天文學(xué)家懷疑，在銀河系和大麥哲倫星云中隱藏著數(shù)百個(gè)這樣的帶有不發(fā)射 X 射線黑洞的雙星系統(tǒng)。當(dāng)黑洞從它的伴星上剝離吸積物質(zhì)（這一過(guò)程被稱為 " 進(jìn)食 "）時(shí)，就是它最容易暴露的時(shí)候。

" 進(jìn)食 " 時(shí)，黑洞周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生一個(gè)由氣體和塵埃組成的盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，也就是吸積盤(pán)（accretion disk），當(dāng)吸積盤(pán)中的物質(zhì)向內(nèi)落向黑洞時(shí)，摩擦作用會(huì)將吸積盤(pán)加熱到數(shù)百萬(wàn)度，這些熾熱的物質(zhì)盤(pán)會(huì)發(fā)出大量的 X 射線。以這種方式探測(cè)到的第一個(gè)黑洞就是著名的天鵝座 X-1 系統(tǒng)（Cygnus X-1）。

左圖是一張光學(xué)圖像，展示了天鵝座 X-1（圖中用紅框勾勒出的雙星系統(tǒng)）。右圖是一幅藝術(shù)概念圖，展示了黑洞的外層從伴星吸走物質(zhì)并形成吸積盤(pán)的樣子。

X 射線：美國(guó)航空航天局（NASA）/ 錢(qián)德拉 X 射線中心（CXC）

光學(xué)：數(shù)字化巡天（Digitized Sky Survey）

多年來(lái)，天文學(xué)家一直知道 VFTS 243 是一個(gè)雙星系統(tǒng)，但并不清楚該系統(tǒng)究竟是由兩顆星體組成還是一顆單星與一個(gè)黑洞之間的舞蹈。為了確定實(shí)際情況是哪一種，研究雙星系統(tǒng)的團(tuán)隊(duì)使用了一種名為光譜解纏結(jié)（spectral disentangling）的技術(shù)。這種技術(shù)將來(lái)自 VFTS 243 的光分離為其組成波長(zhǎng)，類(lèi)似于白光進(jìn)入三棱鏡色散產(chǎn)生不同顏色的光時(shí)發(fā)生的情況。

這項(xiàng)分析表明，來(lái)自 VFTS 243 的光來(lái)自單一來(lái)源，而不是兩顆獨(dú)立的恒星。由于沒(méi)有從恒星的伴星發(fā)出可探測(cè)到的輻射，唯一可能的結(jié)論就是雙星中的第二個(gè)天體是一個(gè)黑洞，因此 VFTS 243 是我們?cè)阢y河系外發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)休眠黑洞。

在 VFTS 243 系統(tǒng)中，恒星伴星和黑洞（圖中未按比例顯示）相互繞行。注意這里不存在吸積盤(pán)。

圖片來(lái)源：歐洲南方天文臺(tái) /L · 卡爾薩達(dá)

為什么VFTS 243很重要？

大多數(shù)質(zhì)量小于 100 倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞都是由一顆大質(zhì)量恒星坍縮形成的，在這種情況下，通常會(huì)發(fā)生名為超新星爆發(fā)（supernova explosion）的巨大爆炸。

VFTS 243 系統(tǒng)中的黑洞與恒星處于圓形軌道，這一事實(shí)有力地證明了超新星爆發(fā)并不存在，否則爆炸可能會(huì)將黑洞踢出系統(tǒng)，或者至少破壞了軌道。相反，這顆前身恒星似乎直接坍縮形成了沒(méi)有爆炸的黑洞。

VFTS 243 系統(tǒng)中的大質(zhì)量恒星將再存活 500 萬(wàn)年，在天文時(shí)間尺度上這只是一眨眼的功夫。這顆恒星的死亡應(yīng)該會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)黑洞的形成，將 VFTS 243 系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楹诙措p星系統(tǒng)。

迄今為止，天文學(xué)家已經(jīng)探測(cè)到了近 100 個(gè)雙黑洞合并且在時(shí)空中產(chǎn)生漣漪的事件。但是這些雙黑洞系統(tǒng)是如何形成的仍然未知，這就是為什么 VFTS 243 和類(lèi)似的尚未發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)對(duì)未來(lái)的研究如此重要的。也許大自然有一種幽默感：因?yàn)楹诙词乾F(xiàn)存最黑暗的物體，它們不發(fā)光，但照亮了我們對(duì)宇宙的基本理解。