欧洲航天局的XMM——牛顿太空望远镜捕捉到了太空天体上演“舞林大会”的精彩一幕,在太空的一处“超级舞台”,一个黑洞和一颗恒星以令人头晕目眩的时速彼此绕转,每2.4小时绕转一圈,比之前的“宇宙吉尼斯纪录”提高了大约1小时。紧凑的黑洞是天体“双人舞”的领舞者,天文学家称之为MAXI1659—152,它的质量是太阳的3到4倍,红矮星是“双人舞”的伴舞者,这颗红矮星的质量是太阳质量的20%或五分之一,主黑洞和伴随的红矮星相隔了大约100万公里。
2010年9月25日,NASA的斯威夫特太空望远镜发现了“二人转”的黑洞和伴星,刚开始时,天文学家以为观测到了伽玛射线爆,黑洞大量喷吐物质和能量时形成了伽玛暴。国际空间站搭载的日本的MAXI太空望远镜在同一天和同一个区域发现了十分明亮的射线源,各地的地面和太空望远镜进行了射线暴的后续观测,欧航局的XMM——牛顿太空望远镜通过观测发现,一个黑洞正从一颗被撕裂的小型伴星吞噬物质。当这场“舞林盛典”或“舞林大会”结束时,作为伴星的红矮星将被强悍的主黑洞彻底吞灭。
黑洞和红矮星绕着它们的共同质量中心旋转,而不是红矮星绕着黑洞转动,但地球是绕着太阳转动,这是因为黑洞和红矮星的质量不是相差悬殊,双方引力达到了相互制衡的程度,导致了共有性引力中心的产生,质量中心是它们的共同旋转中心。相比较而言,红矮星是一颗明亮的恒星,转动的半径大,它位于离质量中心点更远的位置,旋转速度为每小时200公里,令人惊奇高速旋转,这是目前已知旋转速度最快的恒星。黑洞的圆周转速仅为每小时15万公里,远低于它的伴星或红矮星的转速。
2013年3月19日,欧洲航天局宣布了双星绕转破纪录的发现,欧洲航天局的西班牙籍科学家埃里克·库卡尔斯在《天文学和天体物理学》杂志发表了科学团队的观测成果。主黑洞和它的红矮星伴星绕着它们共同的质心转动,相互绕转的速度令人惊奇,它们的绕转速度比地球围绕太阳转动的速度高出了大约20倍。西班牙科学家库卡尔斯使用了十分风趣的语言,疯狂的旋转好似某人在“星系游览会”坐上了一匹旋转木马,疯狂旋转的滋味难受,极速的旋转使人无法忍受,周围是一片天昏地暗的幻象。
库卡尔斯和团队的成员发现,双星系所处的位置高于银河系的平面,为何双星系不是处在银河系基准平面附近的低纬度位置?这一不同寻常的特征也出现在其它两个含有黑洞的双星系,其中的一个双星系被命名为斯威夫特J1753.5——0127,它保持了之前双星系绕转速度的记录。银河系的高纬度位置和短周期旋转轨道可能是这类双星系共同的特征,从而揭示出这些双星体潜在的类型,这类双星体可能是在超新星大爆炸的时期形成,超新星在大爆炸中形成了黑洞,这些黑洞可能被“踢出”了银河系的低纬度平面。
XMM——牛顿太空望远镜捕捉了黑洞MAXI1659——152的射线信号,快速的反应机制是捕捉信号的关键所在,对于旋转周期非常短的双星体而言,天文观测面临了严峻的考验,观测时刻正好赶上了下午茶,库卡尔斯带领的科学团队从收到指令后的5个小时开始了观测,从下午茶的时辰一直持续到了第二天的早餐时间。欧洲航天局XMM——牛顿太空望远镜科学团队的诺伯特·夏特尔也强调了仪器快速反应性能的重要性,缺失了快速响应机制,科学团队不可能准确测量包含一个黑洞的双星系的极快旋转速度。
黑洞MAXI1659——152有一颗红矮星的伴星,这是一颗体积小而相对冷的恒星,红矮星是银河系中极为常见的恒星类型,对亮度很低的红矮星的观测极为困难,甚至已知最大一颗红矮星的亮度仅为太阳亮度的10%。黑洞MAXI1659—152的红矮星伴星受到了向心引力的巨大作用,施加给红矮星的向心引力使得它沿圆弧型的路径转动。向心力在红矮星朝向黑洞的一侧和背离黑洞的一侧产生了很大的引力差,向心引力的“剪刀差”或剪力将红矮星一层层地撕裂,红矮星的碎片化物质最终成了黑洞的“囊中之物”。黑洞和伴星的“舞林争霸”终有“曲终人散”的时候,黑洞是“舞林霸主”中真正的舞者,它的红矮星伴星终将消失得无影无踪。
(编译:2021-4-3)