中科院国家天文台：发现打破规则的黑洞

黑洞是宇宙中最神秘和最令人着迷的天体之一。它们是时空中的区域，引力如此强大，以至于没有任何东西可以逃脱。传统上，黑洞根据其质量分为两类：恒星质量黑洞，由大质量恒星坍缩形成；超大质量黑洞，位于星系中心。然而，在黑洞的质量分布中存在一个奇怪的间隙，称为“质量间隙”，通常在3到5太阳质量（M⊙）之间。最近，中科院国家天文台团队的一篇论文，探讨了在一个具有圆形轨道的宽双星系统中发现的潜在质量间隙黑洞，这一发现挑战了我们对黑洞形成和双星演化的理解。

质量间隙

质量间隙指的是在3到5 M⊙ 范围内黑洞的稀缺性。这一现象多年来一直困扰着天文学家，因为它表明这些质量的黑洞要么稀有，要么难以检测。为了解释这一现象，提出了几种理论。一种假设是，产生黑洞的超新星爆炸会对残骸施加“本生踢”，破坏双星系统，使得低质量黑洞难以保留在双星中。另一种理论认为，在这一质量范围内形成黑洞的过程本质上效率较低。

质量间隙黑洞的发现

最近的观测提供了有力的证据，证明在一个宽双星系统中存在质量间隙黑洞。该系统被标识为Gaia DR3 3425577610762832384（G3425），由一颗红巨星和一个看不见的伴星组成。该双星系统的轨道周期约为880天，其轨道几乎是圆形的。这一发现是通过我国的郭守敬望远镜（LAMOST）的径向速度测量和Gaia DR2和DR3目录的天体测量数据结合实现的。

双星系统的特征

该双星系统最引人注目的方面是其宽广的圆形轨道。标准的双星演化和超新星爆炸模型难以解释这种系统如何形成并保持稳定。通常，产生黑洞的超新星爆炸会对系统施加显著的踢，使轨道变得偏心，甚至破坏双星。然而，G3425轨道的近零偏心率表明了一种不同的形成机制或异常温和的超新星爆炸。

对黑洞形成的影响

在宽双星系统中发现质量间隙黑洞对我们理解黑洞形成和双星演化具有重要意义。它挑战了现有理论，表明可能存在形成这一质量范围内黑洞的替代途径。一种可能性是，前身星经历了较不剧烈的超新星爆炸，导致较低的本生踢，保留了双星系统的圆形轨道。或者，黑洞可能通过不同的机制形成，例如直接坍缩，这不会对系统施加显著的踢。

未来研究方向

G3425的发现为天体物理学研究开辟了新的途径。未来的研究可以集中在识别更多具有质量间隙黑洞的双星系统，以更好地理解它们的形成机制。此外，详细的双星演化和超新星爆炸模拟可以帮助完善我们的模型，并提供形成宽广圆形轨道所需条件的见解。即将进行的太空任务和地基望远镜的观测将对推进这一领域的知识至关重要。

结论

在具有圆形轨道的宽双星系统中识别出潜在的质量间隙黑洞是天体物理学中的一个重要里程碑。它挑战了我们当前对黑洞形成和双星演化的理解，表明可能存在形成3到5 M⊙ 范围内黑洞的替代途径。这一发现强调了持续观测和理论工作的重要性，以揭示黑洞及其形成过程的奥秘。随着我们完善模型并收集更多数据，我们可能会发现这些神秘天体的本质及其在宇宙中的作用的新见解。