天文學家證明兩個黑洞星系實為兩顆亞巨星的雙星系統

天文學家證明此前所發現暱稱「獨角獸」和「長頸鹿」的兩個存在黑洞的星系實際上都是雙星系統，這意味著上述兩個黑洞的真身為恆星。

2021年初，美國俄亥俄州立大學天文學家塔林杜·賈亞辛格（Tharindu Jayasinghe）和同事聲稱發現了一個恆星系統，並將它命名為「獨角獸」。這個星系距離地球約一千五百光年，他們認為該星系中有一顆紅色的巨大恒星，並圍繞著一個看不見的黑洞運行。之後，賈亞辛格等人表示，在距地球約一萬二千光年的地方，他們又發現了第二個類似「獨角獸」的星系，並命名為「長頸鹿」。

但來自美國哈佛-史密松天體物理中心的天文學家巴德里（El-Badry）和其他研究人員並不相信這些星系中存在黑洞。於是，賈亞辛格和巴德里等人聯合，對數據展開重新分析。

此次，前述團隊通過重新分析發現，「獨角獸」和「長頸鹿」星係處於一個罕見的恆星進化階段。二者均為雙星系統，包含一顆年齡較大的紅巨星和一顆走向生命末期階段的亞巨星。亞巨星與紅巨星的距離足夠近，因此亞巨星可以通過重力從紅巨星吸取物質。巴德里表示，隨著這些亞巨星擁有更多的質量，它們會旋轉得更快，這也是它們最初並被誤認為是黑洞的原因。

研究人員一般通過研究恆星光譜來驗證每個恆星系統的性質。任何恆星的光譜都有一些譜線，這些譜線代表著恆星大氣中的原子會吸收特定波長的光。慢速旋轉的恆星有非常清晰的譜線，快速旋轉的恆星的譜線則是模糊的。

巴德里說：「如果恆星旋轉得足夠快，基本上所有的光譜特徵都變得幾乎不可見。」

來自歐洲南方天文台的天體物理學家朱莉婭·博登施泰納（Julia Bodensteiner）表示，問題在於這些星系並不只有一顆恆星，另一顆其實隱藏起來了。這意味著「獨角獸」和「長頸鹿」星系中的第二顆恆星都旋轉得非常快，以至於很難在光譜中發現。這也正是賈亞辛格和同事一開始誤解「獨角獸」和「長頸鹿」星系的原因之一。

巴德里還認為，圍繞某一物體運行的恆星的光譜線會來回移動。如果人們假設光譜顯示的只有一顆普通的、慢速旋轉的恆星在一個軌道上運行，那麼這一假設就會導向錯誤的結論，即這顆恆星正在圍繞一個看不見的黑洞運行。然而，「獨角獸」和「長頸鹿」星系並不是近期首次讓天文學家產生誤解的星系。

2020年，歐洲南方天文台天體物理學家聲稱在距地球一千多光年的地方發現一個黑洞，並認為這是目前人類所發現的離地球最近的黑洞。他們表示這個黑洞位於HR6819三星系統，並有兩顆恆星圍繞著黑洞旋轉。但在重新分析數據後，博登施泰納認為HR6819星系實際上沒有黑洞，只包含一對處於罕見的進化階段的恆星。隨後更多的研究證實前述星系是一個雙星系統，並不存在黑洞。

儘管這些星系並不存在黑洞，賈亞辛格團隊仍在積極尋找黑洞，前述研究發現將有助於天文學家進一步認識處於罕見進化階段的雙星系統，並與黑洞加以區分。

【圖：美國俄亥俄州立大學；文：節錄自科學網頁；新聞資訊由林景明提供】 研究全文刊登在2022年3月24日出版的英國《皇家天文學會月報》；標題是：Unicorns and Giraffes in the binary zoo: stripped giants with subgiant companions