曾讓霍金下賭注的人類史上第一個黑洞,比過去估計還大 1.5 倍

作者 | 發布日期 2021 年 02 月 20 日 14:58 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


人類史上發現的第一個黑洞天鵝座 X-1(Cygnus X-1),曾被已故物理學家霍金打賭不是黑洞,但最後霍金讓步了。現在一篇新研究指出,天鵝座 X-1 不只是黑洞,它的實際大小可能還比過去估計還要大 1.5 倍。

1974 年,物理學家基普·索恩(Kip Thorne)與好友史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)下了一系列賭注,打賭在銀河系中新發現的 X 射線源「天鵝座 X-1」是不是黑洞。當時,黑洞只是愛因斯坦廣義相對論中預測的一種物體,而霍金也打賭天鵝座 X-1 這個雙星系統並不是黑洞,直到 1990 年才不得不讓步——

來自數位巡天調查(Digitized Sky Survey,DSS)、錢卓拉 X 射線天文台、羅西 X 射線計時探測器(RXTE)等各種儀器數據表明,天鵝座 X-1 距地球 6,070 光年,是由大質量恆星坍縮而來的恆星黑洞,質量為太陽 14.8 倍,事件視界每秒旋轉 800 次以上,而它的伴星 HDE 226868 則約 24 個太陽質量。

不過最近,天文學家利用特長基線陣列(Very Long Baseline Array,VLBA)觀察天鵝座 X-1 在天空運行時的微微「晃動」,就像地球繞行太陽一樣,居然發現天鵝座 X-1 比過去估計得還要遠很多,代表該黑洞質量也要往上修正。

最新計算表明,天鵝座 X-1 距離我們約 7,200 光年,質量約太陽 21 倍,比以前估計大 1.5 倍,而它的伴星 HDE 226868 質量也上修為 40.6 個太陽質量。

一般來說,大質量恆星在直接塌縮成黑洞之前,會經由恆星風吹走大部分物質,恆星越大,包含的元素越重,恆星風越強,而無論初始質量如何,大恆星應該都縮小至約 15 個太陽質量,然後坍縮成黑洞。但天鵝座 X-1 新測出的質量破壞了這個說法。

作為一個恆星黑洞要長得這麼大,說明前恆星在塌縮之前失去質量的速度,應該比模型預計的還要慢。

研究團隊指出,有一天 HDE 226868 這顆伴星也會變成一個黑洞,與天鵝座 X-1 形成雙黑洞系統,不過以天鵝座 X-1 和 HDE 226868 目前的距離來看,它們不太可能在當前宇宙年齡(138 億歲)的時間內合併。

此外,天鵝座 X-1 的轉速非常接近光速,相比之下 LIGO 探測到的合併雙黑洞們轉速慢許多,說明形成這些黑洞的途徑可能有所不同。隨著下一代望遠鏡上線,科學家希望能更加了解宇宙中這些奇異極端物體的真面目。

新論文發表在《科學》(Science)期刊。

(首圖來源:ICRAR