【2024年11月08日訊】（記者笛睿編譯報導）天文學家一般認為，恆星質量的黑洞通常是在恆星經歷超新星爆發後崩塌而形成的。然而，首個三重黑洞系統「天鵝座V404」（V404 Cygni）的發現推翻了原有認知。
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，以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可能不是一個家喻戶曉的名字，但它早已經成為約1,300篇科學論文的研究對象，且這一數字仍在增加中。這是因為這個微型類星體包含一個於1992年確認的黑洞，它是首批確認的黑洞之一。自那時以來，它一直是密集研究的對象。即使經過三十年的深入研究，距離地球約8,000光年的天鵝座V404仍然給天文學家帶來不少驚喜。
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們最近發現，這個黑洞並不是二元系統的一部分，二元系統是說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具有恆星質量的黑洞運行。研究團隊分析了一個名為Aladin Lite 的匯總了大量望遠鏡觀測結果的資料庫，並參考了歐洲太空局（ESA）的Gaia衛星收集的恆星運動數據，最終確認了他們的初步結論。
他們的研究顯示天鵝座V404實際上擁有兩顆恆星：一顆已知的恆星非常接近黑洞運行，另一顆新發現的恆星在70,000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。這項研究的結果於10月23日發表在《自然》（Nature）期刊上。
「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Kevin Burdge在一篇新聞稿中表示。「我們認為大多數黑洞是由恆星的劇烈爆炸形成的，但新發現對這一點提出了質疑。」
直接崩塌而非超新星爆發
黑洞以其難以研究而著稱，因為已知物理學在其「事件視界」（event horizon）之內會失效，不過天文學家至少理論上認為具有恆星質量的黑洞是由比我們的太陽大得多的恆星在超新星爆炸後崩塌而形成的。這一超新星爆發會產生所謂的「出生推進力」（natal kick），而會使其引力邊緣的任何物體擺脫引力束縛而逃逸。然而，天鵝座V404周圍的遙遠恆星的存在違背了這一假設。
「想像一下你在拉一個風箏，但不是用一根強韌的線，而是用一根蜘蛛絲，」 Burdge 在新聞稿中表示。「如果你拉得太用力，絲就會斷，你會失去風箏。重力就像這個幾乎沒有束縛力的蜘蛛絲，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。」
為了了解天鵝座V404的形成過程，Burdge進行了一系列模擬，尋找能夠保留運行於黑洞周圍軌道的遙遠恆星的情境。在進行了數千次模擬後，其中一些模擬涉及超新星，而另一些則模擬了一種稱為「直接崩塌」的概念，這種情況下恆星基本上跳過了爆炸性的超新星階段。而最簡單的解釋天鵝座V404當前狀態的方法就是「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信息。由於這顆恆星目前正在過渡到紅巨星階段，因而研究人員估計這個三體黑洞系統的年齡約為四十億年。Burdge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。他希望歐洲太空局的超大望遠鏡上旨在追蹤遙遠恆星的微小運動的「GRAVITY」儀器能為人類研究這個特殊的黑洞系統提供進一步的線索。◇
