中国科幻小说家刘慈欣的耸人听闻的“三体问题”清楚地表明,由三个恒星质量的天体(恒星或黑洞)组成的恒星系统在宇宙中是多么不稳定,因此是多么罕见。更令人惊讶的是这样一个系统的发现,在其中心首次发现了一个黑洞。
V404 Cygni 系统的艺术表现(一个黑洞撕裂了附近的一颗恒星,并容纳了一颗遥远的恒星)。图片来源: Jorge Lugo
这一发现的信息来源是欧洲天文测量卫星盖亚收集的数据。这个装置创建了一个动态的三维星表,列出了银河系中稍远的地方的恒星。Gaia 确定恒星的矢量和速度,这使得识别受引力束缚的物体并识别双星甚至三重系统成为可能。
根据盖亚的测量,最初被认为是双星系统 V404 Cygni,包括第三颗恒星。该系统距离地球约 7800 光年。在距离恒星质量黑洞的致密中心和附近一颗轨道周期为 6.5 天的恒星不远处,还有第三颗恒星,显然与该系统有引力联系。细微差别是,这颗恒星距离黑洞 3500 天文单位,每 7 万年围绕黑洞旋转一整圈。这颗恒星以前曾被看到,但只有盖亚的测量能够显示它与两个中心天体的联系。
事实上,在这种配置中,臭名昭著的三体问题以积极的方式得到了解决:这样的系统将在有条件的无限长时间内保持引力稳定。发现的本质是不同的——第三颗遥远的恒星与中心对恒星的引力结合非常弱,以至于在这种情况下似乎是不可能的。
左边是中心对和遥远恒星的光学图像,右边是红外线。图片来源: Nature 2024
事实是,中央黑洞应该是超新星爆炸的结果,脱落了外壳并坍缩成了一个核心。所有这些猛烈的显现都应该切断了与第三颗恒星的微弱引力纽带。只有在坍缩没有超新星爆炸的情况下,这种情况才会发生。这种现象在理论上是可能的,但很难通过观测来检测和确认(在任何情况下都可以看到超新星)。
天鹅座系统 V404 的模拟表明,中心恒星向内坍缩是最有可能描述天文学家在盖亚的数据和随后对该系统的观测中看到的情况。问题立即出现了——是这么幸运,还是带有黑洞的三重系统是黑洞演化中不可或不可或频繁的阶段?答案只能通过后续的观察来给出。