首次发现银河系外的“休眠”黑洞，揭示了恒星死亡、黑洞形成和引力波的秘密

VFTS 243 是一个由一颗大型且炽热的蓝色恒星和一个黑洞组成的双星系统，两者相互环绕，如上图所示。

图片来源：欧洲南方天文台（ESO）/L · 卡尔萨达（L.Calçada）

黑洞研究总是能有一些新的和令人兴奋的事情发生。

阿尔伯特 · 爱因斯坦于 1922 年首次出版了他解释广义相对论的书籍，而广义相对论直接推导出了某些大质量恒星会终结为一个黑洞；一百年后，天文学家捕捉到了银河系中心黑洞的实际图像。在最近的一篇论文 [ 2 ] 中，一组天文学家描述了另一个令人兴奋的新发现：在银河系外观察到的第一个 " 休眠 " 黑洞。

休眠黑洞指的是不发射任何可探测光的黑洞，因此，它们很难被观测到。这一新发现令人兴奋，因为它提供了对黑洞的形成和演化的新见解，这些信息对于理解引力波以及其他天文事件至关重要。

VFTS 243到底是什么？

VFTS 243 是一个双星系统，这意味着它由两个围绕共同质心运行的天体组成。第一个天体是一颗非常炽热的蓝色恒星，质量约为太阳的 25 倍，第二个天体则是一个黑洞，质量约为太阳的 9 倍。VFTS 243 位于大麦哲伦星云（Large Magellanic Cloud）内的狼蛛星云（Tarantula Nebula），大麦哲伦星云是银河系的一个卫星星系，距离地球约 163,000 光年。

VFTS 243 中的黑洞被认为是休眠的，因为它不发射任何可探测的辐射，这与从黑洞中检测到强的 X 射线的其他双星系统形成了鲜明对比。

这个黑洞的直径约为 54 公里，与比它大了近 20 万倍的炽热恒星相形见绌。两者都围绕一个共同的质心快速旋转。即使用上最强大的望远镜，这一系统从视觉上看似乎也只是一个蓝点。

寻找休眠黑洞

天文学家怀疑，在银河系和大麦哲伦星云中隐藏着数百个这样的带有不发射 X 射线黑洞的双星系统。当黑洞从它的伴星上剥离吸积物质（这一过程被称为 " 进食 "）时，就是它最容易暴露的时候。

" 进食 " 时，黑洞周围会产生一个由气体和尘埃组成的盘状结构，也就是吸积盘（accretion disk），当吸积盘中的物质向内落向黑洞时，摩擦作用会将吸积盘加热到数百万度，这些炽热的物质盘会发出大量的 X 射线。以这种方式探测到的第一个黑洞就是著名的天鹅座 X-1 系统（Cygnus X-1）。

左图是一张光学图像，展示了天鹅座 X-1（图中用红框勾勒出的双星系统）。右图是一幅艺术概念图，展示了黑洞的外层从伴星吸走物质并形成吸积盘的样子。

X 射线：美国航空航天局（NASA）/ 钱德拉 X 射线中心（CXC）

光学：数字化巡天（Digitized Sky Survey）

多年来，天文学家一直知道 VFTS 243 是一个双星系统，但并不清楚该系统究竟是由两颗星体组成还是一颗单星与一个黑洞之间的舞蹈。为了确定实际情况是哪一种，研究双星系统的团队使用了一种名为光谱解缠结（spectral disentangling）的技术。这种技术将来自 VFTS 243 的光分离为其组成波长，类似于白光进入三棱镜色散产生不同颜色的光时发生的情况。

这项分析表明，来自 VFTS 243 的光来自单一来源，而不是两颗独立的恒星。由于没有从恒星的伴星发出可探测到的辐射，唯一可能的结论就是双星中的第二个天体是一个黑洞，因此 VFTS 243 是我们在银河系外发现的第一个休眠黑洞。

在 VFTS 243 系统中，恒星伴星和黑洞（图中未按比例显示）相互绕行。注意这里不存在吸积盘。

图片来源：欧洲南方天文台 /L · 卡尔萨达

为什么VFTS 243很重要？

大多数质量小于 100 倍太阳质量的黑洞都是由一颗大质量恒星坍缩形成的，在这种情况下，通常会发生名为超新星爆发（supernova explosion）的巨大爆炸。

VFTS 243 系统中的黑洞与恒星处于圆形轨道，这一事实有力地证明了超新星爆发并不存在，否则爆炸可能会将黑洞踢出系统，或者至少破坏了轨道。相反，这颗前身恒星似乎直接坍缩形成了没有爆炸的黑洞。

VFTS 243 系统中的大质量恒星将再存活 500 万年，在天文时间尺度上这只是一眨眼的功夫。这颗恒星的死亡应该会导致另一个黑洞的形成，将 VFTS 243 系统转变为黑洞双星系统。

迄今为止，天文学家已经探测到了近 100 个双黑洞合并且在时空中产生涟漪的事件。但是这些双黑洞系统是如何形成的仍然未知，这就是为什么 VFTS 243 和类似的尚未发现的系统对未来的研究如此重要的。也许大自然有一种幽默感：因为黑洞是现存最黑暗的物体，它们不发光，但照亮了我们对宇宙的基本理解。