Gaia BH2 矛盾案例啟人疑竇，天文學家解開紅巨星錯亂之謎

研究恆星所發出的光能推測其溫度、化學組成、年齡與演化階段。然而，在 2023 年發現的黑洞系統 Gaia BH2 中，卻遇到一個矛盾的案例，其紅巨星伴星的光譜特徵與推算出的性質並不相符，直到將恆星所經歷的劇烈運動納入考量後，這個看似自相矛盾的故事才終於能被合理解釋。

這顆恆星富含被稱為α元素的重元素，這些化學特徵通常存在於宇宙早期形成的古老恆星中。僅從化學成分來看，它的年齡應該在100億年左右，然而，當使用凌日系外行星巡天衛星（TESS）來測量其內部的振動時，發現這顆恆星的年齡卻只有約50億年。

這項名為星震學的技術，原理與地球上的地震學類似。正如地震波揭示地球內部結構，星震（恆星亮度發生微妙波動的振盪）亦能揭示其表層下的活動。透過這些振動，研究團隊得以驚人精準度測量恆星核心特性。這顆恆星的自轉速度更提供關鍵線索，地面望遠鏡觀測顯示其自轉週期為398天，遠快於同齡孤立紅巨星應有的自轉速率。恆星隨年齡增長會因角動量流失而減速，研究表明某種因素加速了這顆恆星的自轉。最可能的解釋是，這顆恆星不是與另一顆恆星合併，就是在黑洞由其前任伴星形成時吸收了大量物質。無論是哪一種情況，都會使它獲得額外的質量，從而產生異常的化學組成，並增加其角動量。

▲ 藝術家對蓋亞衛星觀測銀河系場景的想像圖。（Source：ESA/ATG）

天文學家將Gaia BH2歸類為休眠黑洞系統。由於黑洞未持續吞噬伴星，因此不會發出X射線。這些系統是蓋亞任務透過對恆星運動的精密測量才得以發現。伴星環繞著看不見的黑洞運行時會產生微小擺動，從而暴露這個巨大天體的存在。

研究團隊同時也探討了另一顆休眠黑洞Gaia BH3，及其更為奇特的伴星。理論預測應該會出現明顯的振盪，但觀測卻完全沒有偵測到，顯示目前對極度貧金屬恆星的模型可能需要重新修正。未來的TESS觀測將提供更長時間的資料，有望進一步驗證合併假說，並揭示其他休眠黑洞的伴星是否也隱藏著類似的劇烈過去。這些靜默的黑洞系統散布在整個銀河系中，或許保存了恆星碰撞的痕跡，而這些證據早已被更活躍的黑洞抹去。

相關研究成果發表於《The Astrophysical Journal》。