发现已知最近黑洞
作品编号：JASKP2020016，编译作者：程小桐 谢懿 南京大学天文与空间科学学院
在距离地球1 000光年处，有一个安静的黑洞，还有两颗肉眼可见的恒星在绕它转动。
[图片说明]：HR 6819聚星系统距离地球1 000光年，包含一个质量为太阳数倍的不可见黑洞和两颗绕它转动的恒星。据预期在银河系中还存在几亿颗这样的安静黑洞有待发现。版权：ESO/L. Calcada。
在研究双星系统HR 6819时，天文学家发现了已知距离地球最近的黑洞。位于南天的望远镜座，距离地球约1 000光年，该黑洞的质量约为太阳的4倍，直径仅12千米。
对HR 6819的观测显示，靠内的恒星运动得快，靠外的恒星运动得慢。这意味着它们并不相互绕转。在它们的中心附近还存在第三个不可见的天体，靠内的恒星每40天绕它转动一周，靠外的恒星则以慢得多的速度绕它们转动。
因为这个不可见天体的质量至少是太阳的4倍，因此只能是一个黑洞。由于黑洞不会主动暴露自己，故而找到一个没有在进食周边物质的黑洞并不容易。即便黑洞本身不发光，但它对其他可见天体的引力效应却可以非常明显。在南半球一个漆黑而晴朗的夜晚，用肉眼看就能看到HR 6819中围绕黑洞转动的这两颗恒星。
“安静”的黑洞
大质量恒星死亡时会坍缩成黑洞。虽然看上去很奇特，但在宇宙中这些恒星质量黑洞却非常普遍。据估计在银河系中就有数亿个，但迄今只发现了几十个。
此前发现恒星质量黑洞都得益于它们吸积物质时所发出的X射线。但这些极端的现象与在HR 6819中所见的截然不同。该系统中的黑洞并未进食任何的物质。它只是冰山一角，属于“沉默的大多数“。
随着有越来越多的隐藏黑洞被发现，其中就会不乏越来越靠近地球的。据估计，在距离地球几十光年内应该就存在有黑洞，比夜空中一些亮星的距离还要近。于是，HR 6819应该不会是真正距离地球最近的黑洞。
此前，距离最近黑洞的纪录保持者是麒麟V616，距离地球3 000光年。
[图片说明]：天鹅X-1是已知离地球第三近的黑洞。因为吸收蓝超巨星HDE 226868的物质，它暴露了自己的存在。版权：Roen Kelly/NASA。
检验理论
寻找这些黑洞不仅是为了增加已知黑洞的数量，更是为了检验恒星演化理论。
尽管天文学家已对恒星演化过程有了总体的了解，但具体细节仍没有定论，特别是那些最终形成黑洞的大致量恒星。
在有许多大质量恒星组成的系统中，目前还不清楚，恒星演化会受到什么影响。由于大质量恒星制造并播撒了宇宙中除氢和氦之外的其他所有元素，因此它们的演化过程非常重要，而几乎所有的大质量恒星都位于聚星系统中。
另一个未解之谜是超新星爆炸的机制。因为某些超新星可以产生黑洞，那么检验理论的一种方法就是将已知黑洞的数量和大小与各种超新星理论预言的结果进行比较。所以，已知的黑洞数量越多，这一检验的准确性就越高。
[图片说明]：使用位于智利的欧洲南方天文台2.2米望远镜发现了HR 6819中的黑洞。版权：P. Horálek/ESO。
黑洞“食”
HR 6819最初很可能始于一个三合星系统，直到第三颗恒星坍缩成黑洞。虽然在该系统中尚未发现有行星，但如果你身处一颗围绕靠内恒星的假想行星上，会看到一个奇妙的景象。
在地球上，当月亮从地球和太阳之间经过时，就会发生日食。在HR 6819中，黑洞偶尔会运动到这颗假想行星和靠外恒星之间。但黑洞并不会挡住后者的光线，而是会把它放大，产生引力透镜现象。观看这场奇异黑洞“食”的人会看到一个被发光圆环包围的漆黑圆盘。
如果黑洞从一颗明亮的背景恒星前经过也会出现相同的景象。在其他时候，只有当黑洞吸积物质时，才能看到它。否则，黑洞就会是漆黑且不可见的。
[图片说明]：黑洞想象图。版权：NASA/ESA/G. Bacon/STScI。
寻找其他的隐藏黑洞
HR 6819并非独一无二。银河系的大部分恒星都位于聚星系统中。因此，通过在这些系统中寻找不同寻常的轨道，应该能够发现更多隐藏的黑洞。
然而，仍会有大量的黑洞无法用现有的方法探测。产生黑洞的超新星爆发会向其伴星施力，把它抛向远处。如果看不到天体围绕黑洞运动，就不无法探测到孤立的黑洞。因此，在不久的将来，天文学家将继续在聚星系统中寻找这些安静的黑洞。
在现有的大量存档观测资料中，可能也有大量隐藏的黑洞有待挖掘。欧洲空间局的盖亚卫星正在勘测银河系中的十亿颗恒星，应该会发现更多的线索。正在智利建造的维拉·鲁宾天文台将每隔几晚就对整个可见天空进行一次巡视，会提供附近恒星系统的更多数据。
原文链接：https://astronomy.com/news/2020/05/astronomers-find-the-closest-known-black-hole-to-earth
原文作者： Eric Betz
编译：程小桐
校审：谢懿
