天鹅座

X-1——人类发现的第一个恒星级黑洞，的质量比我们想象的大得多

黑洞无处不在。这是描绘天鹅座X-1的X-1系统的艺术作品。左边是一颗巨大的O恒星，其质量是太阳的40倍多。围绕它运行的是一个质量是太阳的21倍的黑洞，它以恒星的物质为食，喷出X射线。资料来源：国际射电天文学研究中心。

幸运的是，宇宙中有很大的空间，所以即使是我们所知道的最近的星系实际上也离我们很远，相距数千光年。我们还在每一个体面或合适大小的星系中看到它们，从数百万到数十亿光年远。

但是CygnusX-1很特别，因为它是第一个——第一个被探测到的，而且仍然是我们所知道的最接近的一个。但新的观察表明，我们认为我们知道的关于它的一些事情是不正确的，包括它的距离、它的质量，甚至它是如何形成的。这意味着天文学家需要重新思考一些关于恒星如何坍缩形成这些物体的细节。

天鹅座X-1于1964年被发现，当时基本上花哨的盖格计数器在一系列亚轨道飞行中被发射到太空。他们检测来自天鹅座方向的X射线。1971年进行的射电观测确定了源在天空中的位置——原来是一颗发光的蓝色O型恒星，名为HD226868。这些恒星质量大、能量大，但它们产生的X射线并不那么强烈因为它们已被检测到。

恒星226868（箭头所指）的高清图像，这是一颗巨大的发光恒星，周围环绕着形成天鹅座X-1的黑洞（此处未显示）。资料来源：数字化巡天2.(Aladin/DSS2)

然而，同年，在恒星的光中看到了周期性的多普勒频移，表明有大质量物体围绕它运行，但什么也没有看到。这是天鹅座X-1是黑洞的第一个有力证据。

多年来人们对它进行了广泛的研究，其作为黑洞的性质是毋庸置疑的。直到最近（哦，伏笔），各种方法都把它放在了6000多光年之外，质量不到太阳的16倍。它包围的O型星质量更大，质量是太阳的几十倍，每5.6天相互绕一圈。

这样的系统被称为高质量X射线双星系统，我们知道其中有很多。最大质量黑洞的质量大约不到太阳质量的16倍，这使得天鹅座X-1成为同类黑洞中的佼佼者。

黑洞模拟的注释版本解释了这个奇异物体的各个部分。资料来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心。

...只是事情变了。使用超长基线阵列(VLBA)进行的新射电观测（结合总计约7年的旧观测）表明，我们距离黑洞不是6,000光年，而是差不多刚好超过7,200光年，这是一个显着的增长。他们所做的是所谓的视差法：当地球在一年内绕太阳公转时，我们以略微不同的角度观察系统，物体越远，角度越小。既然我们知道地球到太阳的距离，我们就可以用三角函数来计算物体的距离。

这改变了很多事情。随着距离越来越远，恒星的亮度比想象中的还要高。而且它喷出的能量是太阳的40万倍！因此它的质量也一定比之前认为的要大，新发现的质量大约是太阳质量的41倍。

当然这也意味着黑洞的质量会更大。所以也就意味着它的质量不是太阳质量的15倍，而是太阳质量的21倍。天啊！这远远高于X射线双星系统中已知的最高黑洞质量，而且很难解释。

当大质量恒星的核心燃料耗尽并爆炸时，就会形成黑洞。外层在超新星中爆炸，而核心坍缩形成黑洞。这个黑洞的质量取决于很多因素，包括恒星诞生时的质量、其中的元素，以及恒星在其生命周期中因风（类似于太阳风，但更强）损失了多少质量吹走了它外层的一部分。就天鹅座X-1而言，它还取决于双星系统中的另一颗恒星。

但这里的问题是，鉴于这个新的质量，看来黑洞的祖星一定是太阳质量的60倍左右，超级怪物。这些恒星通常会吹出相当多的风，但恒星模型表明，在那个质量的情况下，它会吹出两倍到三倍的风。这颗恒星会失去太多质量，无法解释黑洞当前的重量。一定是有什么东西让风窒息了。

但是具体是什么就不清楚了。O型星的伴星含有异常多的重元素，很可能在黑洞爆炸前从黑洞的原恒星那里得到了这些元素。但是（出于复杂的原因）那些通常会导致强风，所以这也没有意义。如果这些修正后的数字成立，则意味着在类似情况下也需要重新考虑大质量恒星如何“制造风”的模型。

这是一幅描绘天鹅座X-1系统的艺术品。左边是一颗质量超过太阳40倍的O型大质量恒星。围绕它运行的是一个质量为太阳质量21倍的黑洞，它以恒星的物质为食并喷出X射线。资料来源：国际射电天文学研究中心。

另外，O型星最终会爆炸形成黑洞。数十亿年后，两者将盘旋在一起并合并，喷出引力波。

我们可以看到整个宇宙都在发生这样的事件，而且它们似乎来自比我们通常看到的质量大得多的黑洞（2019年从一个黑洞质量惊人的66和太阳质量的85倍）。

我们不知道黑洞是如何变得如此巨大的，但研究天鹅座X-1可以帮助我们弄清楚这一点。

另外，黑洞非常酷。尤其是，发现一个离我们最近的黑洞，第一个被发现，而且它的质量比我们想象的越来越远，这是一件大事。这表明我们对这些奇异的物体还有很多东西需要了解。

FY：二店小二

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