爱因斯坦在1916年发表他的广义相对论时,首先预测了黑洞的存在,他描述了引力如何塑造时空结构。但是直到1964年,天文学家才在Cygnus星座中发现了一颗,距地球约6,070光年。盖革计数器发射到太空中,探测到来自名为天鹅座X-1区域的宇宙X射线。 (我们现在知道宇宙射线是由黑洞产生的。那时候,科学家们不同意它是什么:斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)著名的物理学家吉普·索恩(Kip Thorne)打赌这个信号不是来自黑洞,而是他在1990年承认的。)
现在,大约57年后,科学家们了解到天鹅座X-1的黑洞比最初认为的要大得多,这迫使我们再次重新思考黑洞是如何形成和演化的。这次,观测是从地球表面进行的。
这项新研究的主要作者,澳大利亚科廷大学国际射电天文学研究中心的詹姆斯·米勒·琼斯说:“在某种程度上,结果是偶然的。” “我们最初并未打算重新测量距离和黑洞质量,但是当我们分析数据时,我们意识到了其全部潜力。”
黑洞是一个巨大的物体,以至于甚至没有光,更不用说物质,也无法摆脱其引力。但是有时候,一个人莫名其妙地将辐射和电离物质喷入太空。 Miller-Jones和他的团队想研究物质如何被吸入黑洞或从黑洞中排出,因此他们仔细研究了Cygnus X-1。
他们使用甚长基线阵列观测了黑洞六天,甚长基线阵列是由10台射电望远镜组成的网络,遍及整个北美,从夏威夷到维尔京群岛。该分辨率与在月球上发现10厘米物体所需的分辨率相当,并且与Event Horizon望远镜用于拍摄黑洞的第一张照片的技术相同。
该团队结合无线电波和温度的测量结果,对天鹅座X-1的黑洞和巨大的超巨型恒星HDE 226868(两个物体相互绕圈)的精确轨道进行了建模。知道了每个物体的轨道后,团队就可以推断他们的质量-在黑洞的情况下,有21个太阳质量,比以前想象的要大50%。
黑洞的质量取决于几个因素,尤其是坍缩到黑洞中的恒星的大小以及以恒星风形式侵蚀掉的质量。较热和明亮的恒星往往会产生更不稳定的恒星风,而且也往往较重。因此,恒星越重,就越容易在坍塌之前和崩溃期间通过恒星风失去质量,从而导致黑洞变浅。
但总的来说,科学家们认为,银河系中的恒星风足够强大,可以将黑洞的质量限制在不超过15个太阳质量,而不论最初的恒星有多大。新发现显然颠覆了这些估计。
“发现一个黑洞的质量明显超过此极限,这告诉我们,我们必须修改模型,以计算最大恒星在其一生中因恒星风损失的质量,”米勒·琼斯说。这可能意味着在银河系中流动的恒星风没有我们想象的那么强大,或者以其他方式导致恒星出血团。或者这可能意味着黑洞的行为比我们预期的更加不稳定。
该小组计划对Cygnus X-1进行更多观察。其他仪器,例如在澳大利亚和南非计划中的平方公里阵列,可以更好地查看此黑洞和附近的其他黑洞。银河系中可能有1000万到十亿个黑洞,研究至少其中几个黑洞可能有助于消除这个谜团。