首次發現黑洞三合體 推翻既有認知

天文學家一般認為，恆星黑洞通常是恆星經歷超新星爆發後崩塌形成的。然而，第一個三重黑洞系統「天鵝座V404」（V404 Cygni）的發現，推翻原有認知。

這個黑洞的周圍，有一顆與之非常接近的恆星（每6.5天繞行一次）和一顆非常遠的恆星，其距離是冥王星到太陽距離的100倍。

一項新研究進行了數千次的模擬，探討這個黑洞的形成過程，並發現「直接崩塌」（direct collapse）是最可能的情況，即黑洞在沒有超新星爆炸的情況下形成。

天鵝座V404位於天鵝座內，是微類星體（microquasar），包含一個1992年確認的黑洞，它是首批確認的黑洞之一。從那時起，它成為密集研究的對象。即使經過30年的深入研究，距離地球約8千光年的天鵝座V404，仍帶來不少驚喜。

發現三體黑洞系統

麻省理工學院和加州理工學院的科學家最近發現，這個黑洞並不是二元系統的一部分，二元系統是指一顆恆星繞著一個黑洞運行，這是最常見的情況。而天鵝座V404實際上是一個三體黑洞系統的一部分，這意味著有兩顆恆星繞著這個恆星黑洞（stellar-mass black hole）運行。

研究團隊分析了一個匯總大量望遠鏡觀測結果的資料庫Aladin Lite，並參考歐洲太空總署（ESA）蓋亞衛星蒐集的恆星運動數據，確認他們的初步觀測結果。

他們的研究顯示，天鵝座V404實際上擁有兩顆恆星：一顆已知恆星非常接近黑洞運行，另一顆新發現的恆星在7萬個地球年的軌道上運行，距離約為太陽與冥王星距離的100倍。這項研究結果日前已發表在《自然》（Nature）期刊。

「這個系統對於黑洞演化研究來說非常令人興奮，並且也引發了是否還有更多類似三體系統的問題。」來自麻省理工學院的研究主筆柏吉（Kevin Burdge）在新聞稿中表示，「我們認為大多數黑洞是由恆星劇烈爆炸形成的，但新發現對這一點提出了質疑。」

直接崩塌非超新星爆發

黑洞以難以研究而著稱，因為已知物理學在其「事件視界」（event horizon）內會失效，不過天文學家至少理論上認為，恆星黑洞是由比太陽大得多的恆星，在超新星爆炸後崩塌而形成。這一超新星爆炸會產生「出生推進力」（natal kick），而使其重力邊緣的任何物體擺脫重力束縛逃逸。然而，天鵝座V404周圍遙遠恆星的存在，違背這一假設。

「想像你在拉風箏，但不是用一根強韌的線，而是用一張蜘蛛網」，柏吉表示，「如果你拉得太用力，網就會斷裂，你會失去風箏。重力就像這幾乎沒有束縛力的線，若對內部的雙星系統進行任何劇烈的改變，你就會失去外部的恆星。」

為了解天鵝座V404的形成過程，柏吉進行一系列模擬，尋找能夠保留運行於黑洞周圍軌道的遙遠恆星的情境。在進行數千次模擬後，其中一些模擬涉及超新星，而另一些則模擬了「直接崩塌」概念，這種情況下恆星基本上跳過爆炸性的超新星階段。而天鵝座V404當前狀態最簡單的解釋就是「直接崩塌」。

這顆外部的恆星還為天文學家提供了更多有關它所繞行黑洞的訊息。由於這顆恆星目前正過渡到紅巨星階段，研究人員估計這個三體黑洞系統的年齡約為40億年。

柏吉告訴Space.com，未來的研究希望能進一步了解這個引人入勝的三體系統，特別是外部恆星的軌道形狀為圓形還是偏心圓。他希望歐洲太空總署超大望遠鏡上的「GRAVITY」儀器，能為人類研究這個特殊黑洞系統提供進一步線索。◇