首次探測到內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：朱宸宇

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

在宇宙黎明時分出現的神秘光點中，有些可能是我們從未見過的一種天體。

根據對一個被稱為“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，解決了天文學家們一直難以調和的一個問題：LRD的光譜中出現了一個“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家安娜·德·格拉夫（Anna de Graaff）領導的團隊稱：“我們得出結論，‘懸崖’的靜止光學和近紅外連續光譜不可能來自一個具有極高恒星密度的大型、演化恒星群體。相反，我們認為最合理的模型是一個被其附近密集、吸收氣體染紅的發光電離源。目前，唯一能夠產生觀測到的巴耳末躍變的強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生的一種急劇變化，其一側的短波長光的強度比另一側的長波長光的強度低得多。這種特征是由氫原子吸收短波長光而產生的。強烈的巴耳末躍變與擁有大量A型恒星的星系有關，這些恒星的溫度正好適合在所需的波長處吸收光線。

關鍵在于：要顯示出強烈的巴耳末躍變，這些星系必須足夠古老，使得最早占主導地位的O型和B型恒星大多已經死亡，留下A型恒星負責星系的大部分光線，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）就開始展現出強烈的巴耳末躍變。科學家們認為，這在宇宙的壽命中太早了，星系不可能達到A型恒星占主導地位的階段。反過來，這促使人們對這些在時空黎明時分出現的小紅星到底是什么進行了研究——從原初黑洞到超大質量恒星的種子。“懸崖”代表了一種全新的挑戰，其光線已經傳播了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，提出全新的模型。”

現在，展現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生巴耳末躍變，那么每顆恒星單獨來看也應該具有這一特征。研究人員指出，“懸崖”的光譜更接近于單顆恒星而非整個星系的光譜。

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

在熾熱、翻騰的氫氣球體內的黑洞，可能點亮早期宇宙。

這種結構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黑洞，類似于星系中心的活動星系核，它加熱著周圍翻騰的氫氣。

目前這只是一種模型，但研究團隊對黑洞恒星的模擬非常精確地復制了“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。需要進一步的研究來確定黑洞恒星是否真實存在，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，表明LRD中的巴耳末躍變和靜止光學至近紅外光譜能量分布可能主要由活動星系核的輻射所主導，而不是由演化恒星群體所主導，盡管關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，韋布空間望遠鏡的高質量光譜光度覆蓋范圍在靜止波長范圍內很廣。這些嚴格的限制條件使‘懸崖’成為未來活動星系核和黑洞恒星模型的理想基準。”

責任編輯：郭皓存

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