如何解释仙女座黑洞系统？我们或许找到了方法

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原作：Camille M. Carlisle

翻译：练唯予

美编：刘艳梅

后台：李子琦

好事往往成“三”。

V404 Cygni系统是天文学家的“心头好”。这个双星系统包含一个9个太阳质量的黑洞，且它正在吸食一颗质量略小于太阳的恒星的气体。从天文学角度来说，这对黑洞之间的距离只有一线之隔：0.14个天文单位，不到水星与太阳平均距离的一半（对于此类系统来说十分正常）。

炽热的气体旋流到黑洞上，形成了一个X射线灯塔。事实上，V404 Cygni是第一个天文学家一致认为存在黑洞的同类系统--被称为低质量X射线双星，或 LMXB，其中的"低质量"指的是伴星。

但经过几十年的研究，天鹅座V404仍然在给科学家们带来惊喜。

艺术家对 V404 Cygni 系统的构想图，在这个系统中，一个黑洞正在从附近的恒星中窃取气体。天文学家曾认为该系统只是一个双星系统，但第二颗恒星的在轨道距离更远处闪耀（上部白色闪光）。

图片来源：Jorge Lugo

早在20世纪90年代初，天文学家就注意到从我们的角度来看，另一颗恒星几乎位于双星的上方。大多数研究人员认为这颗恒星是一个闯入者，它靠近双星只是视觉错觉

但正如凯文·伯奇（麻省理工学院）和其他人在10月23日的《自然》杂志上报道的那样，这颗恒星毕竟是天鹅座V404系统的一部分。

研究团队结合了一系列地面和太空望远镜的观测结果，确定这颗恒星与双星一起在太空中移动。然而，第三颗恒星与双星之间间隔遥远：它距离内双星超过3,500个天文单位，大约是冥王星与太阳距离的90倍。在如此遥远的距离下，这颗恒星在其轨道上以每秒几公里的速度缓慢移动。

此外，这颗恒星正进入黄金时代，正在从氢核聚变过渡到一颗年老、蓬松的红巨星。基于这些信息，研究团队推断该系统的年龄在30亿至50亿年之间——与太阳系的年龄相仿，且这三个天体似乎从一开始就在一起。

第三颗恒星远非奇特，它可能有助于天文学家确定低质量X射线双星起初是如何形成的。

LMXB很难解释。黑洞是大质量恒星的残余，随着大质量恒星年龄的增长，它应该与一颗小伴星合并，而不是脱去自己的外层，让小恒星毫发无损。

2016年，加州大学洛杉矶分校的Smadar Naoz和她的同事提出，第三颗遥远的伴星可以解决这个问题。在这种情况下，内双星形成的恒星轨道更宽，相距约100个天文单位，而第三颗恒星绕这对恒星运行，距离约为 10,000 个天文单位。随着时间的推移，遥远的第三颗恒星与内双星的引力相互作用对内双星的轨道有一种揉捏效应，以循环模式改变轨道的倾斜度，然后是距角。

即将成为黑洞的恒星老化并开始失去外层时，质量的变化会破坏平衡，导致轨道膨胀。内双星的轨道比第三双星的轨道膨胀得多。这种膨胀加剧了引力揉捏效应，使内双星的距角发生显著变化。

在轨道高度伸长的阶段，内双星中的恒星和黑洞靠得很近，潮汐力拉伸和挤压恒星，消耗其运动能量。这与其他影响相结合，导致内双星的轨道急剧收缩。

V404 Cygni中第三双星的特性与Naoz团队的预测相符。“我对这一发现感到非常兴奋，”她说。她现在正与Burdge合作，更详细地研究该系统的历史。

奇怪的是，这个黑洞似乎平静地死去了，我们通常认为大质量恒星的死亡是混乱而剧烈的，随机爆炸将其残余物从死亡位置发射出去。天文学家发现了许多中子星，它们的速度都受到这种“踢动”影响，但黑洞在形成过程中是否也受到踢动仍不得而知。

如果天鹅座V404的第三双星仍然依附在内部双星上，那么黑洞一定是在几乎没有“踢动”的情况下形成的，甚至这颗恒星可能在没有大张旗鼓的情况下内爆形成了黑洞。