首次探測到內(nèi)部有黑洞的巨型恒星

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翻譯：葛文迪

校對：牧夫校對組

編排：陳宏宇

后臺(tái)：朱宸宇

https://www.sciencealert.com/giant-stars-with-black-holes-inside-them-may-have-been-detected-for-the-first-time

在宇宙黎明時(shí)分出現(xiàn)的神秘光點(diǎn)中，有些可能是我們從未見過的一種天體。

根據(jù)對一個(gè)被稱為“小紅星”（LRD）的天體（昵稱為“懸崖”）的新分析，這些尚未解釋清楚的天體可能是被巨大而密集的氣體云包裹的超大質(zhì)量黑洞，就像圍繞恒星核心的大氣層一樣。

這一非常簡潔的解釋，解決了天文學(xué)家們一直難以調(diào)和的一個(gè)問題：LRD的光譜中出現(xiàn)了一個(gè)“斷裂”，使得早期宇宙中的星系看起來比可能的年齡還要老。

德國馬普天文研究所的天體物理學(xué)家安娜·德·格拉夫（Anna de Graaff）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)稱：“我們得出結(jié)論，‘懸崖’的靜止光學(xué)和近紅外連續(xù)光譜不可能來自一個(gè)具有極高恒星密度的大型、演化恒星群體。相反，我們認(rèn)為最合理的模型是一個(gè)被其附近密集、吸收氣體染紅的發(fā)光電離源。目前，唯一能夠產(chǎn)生觀測到的巴耳末躍變的強(qiáng)度和形狀的模型就是黑洞恒星。”

巴耳末躍變是太空中天體光譜中在紫外部分發(fā)生的一種急劇變化，其一側(cè)的短波長光的強(qiáng)度比另一側(cè)的長波長光的強(qiáng)度低得多。這種特征是由氫原子吸收短波長光而產(chǎn)生的。強(qiáng)烈的巴耳末躍變與擁有大量A型恒星的星系有關(guān)，這些恒星的溫度正好適合在所需的波長處吸收光線。

關(guān)鍵在于：要顯示出強(qiáng)烈的巴耳末躍變，這些星系必須足夠古老，使得最早占主導(dǎo)地位的O型和B型恒星大多已經(jīng)死亡，留下A型恒星負(fù)責(zé)星系的大部分光線，幾乎沒有新的恒星形成。

在大約0.36微米的紫外波長處觀測到的“懸崖”的巴耳末躍變。

圖片來源：安娜·德·格拉夫等人

許多LRD在大爆炸后僅6億年（138億年前）就開始展現(xiàn)出強(qiáng)烈的巴耳末躍變。科學(xué)家們認(rèn)為，這在宇宙的壽命中太早了，星系不可能達(dá)到A型恒星占主導(dǎo)地位的階段。反過來，這促使人們對這些在時(shí)空黎明時(shí)分出現(xiàn)的小紅星到底是什么進(jìn)行了研究——從原初黑洞到超大質(zhì)量恒星的種子。“懸崖”代表了一種全新的挑戰(zhàn)，其光線已經(jīng)傳播了119億年，其巴耳末躍變是迄今為止LRD中最為明顯的。

德·格拉夫解釋說：“‘懸崖’的極端特性迫使我們重新回到起點(diǎn)，提出全新的模型。”

現(xiàn)在，展現(xiàn)出巴耳末躍變的不僅僅是星系。如果大量恒星共同在星系的光譜中產(chǎn)生巴耳末躍變，那么每顆恒星單獨(dú)來看也應(yīng)該具有這一特征。研究人員指出，“懸崖”的光譜更接近于單顆恒星而非整個(gè)星系的光譜。

考慮到這一獨(dú)特之處，研究人員開發(fā)了一個(gè)他們稱之為“黑洞恒星”的模型：一個(gè)超大質(zhì)量黑洞正在從吸積盤中積極攝取物質(zhì)，被氫氣厚層包圍并被染紅，而不是被塵埃包圍。

在熾熱、翻騰的氫氣球體內(nèi)的黑洞，可能點(diǎn)亮早期宇宙。

這種結(jié)構(gòu)與被熾熱等離子體包裹的恒星有些相似，但與恒星核心的原子聚變不同，黑洞恒星的中心是一個(gè)黑洞，類似于星系中心的活動(dòng)星系核，它加熱著周圍翻騰的氫氣。

目前這只是一種模型，但研究團(tuán)隊(duì)對黑洞恒星的模擬非常精確地復(fù)制了“懸崖”觀測到的光譜。這表明，在早期宇宙中，至少有一些LRD可能是這些偽裝成星系的奇特黑洞。

目前，這一理論仍然只是理論。需要進(jìn)一步的研究來確定黑洞恒星是否真實(shí)存在，以及它們是如何形成和演化的，它們的光譜中還有哪些其他特征可能具有意義。然而，這種說法似乎相當(dāng)合理，并且至少可以在一定程度上解決LRD的問題，而無需打破我們對宇宙演化過程的理解。

“‘懸崖’迄今為止提供了最有力的直接證據(jù)，表明LRD中的巴耳末躍變和靜止光學(xué)至近紅外光譜能量分布可能主要由活動(dòng)星系核的輻射所主導(dǎo)，而不是由演化恒星群體所主導(dǎo)，盡管關(guān)于黑洞和宿主星系屬性仍有許多未解之謎，”研究人員寫道。

“由于其相對較小的紅移，韋布空間望遠(yuǎn)鏡的高質(zhì)量光譜光度覆蓋范圍在靜止波長范圍內(nèi)很廣。這些嚴(yán)格的限制條件使‘懸崖’成為未來活動(dòng)星系核和黑洞恒星模型的理想基準(zhǔn)。”

責(zé)任編輯：郭皓存

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