有什么东西翻倒了一个黑洞?倾斜的黑洞,正挑战黑洞形成理论!

原标题:有什么东西翻倒了一个黑洞?倾斜的黑洞,正挑战黑洞形成理论!

无论走到哪里,都无法逃脱圆周运动。而且除了天王星,我们太阳系中的所有行星都围绕与太阳大致对齐的轴旋转。由于太阳系的形成方式以及许多复杂的流体动力学和物理学,我们在整个宇宙中都看到了这一点。

在遥远的太空区域中存在一个双星系统,其中中心的一个巨大物体与其伙伴卫星未对准。如果这看起来有点奇怪,那就更奇怪了:根据发表在《科学》杂志上的一项新研究,这个天体是一个黑洞,不知何故被推到了它的一边。

有什么东西翻倒了一个黑洞?它正在改变我们的理论!

当太阳诞生时,它是由最终凝结成行星的同一团气体云形成的。宇宙中的一切都围绕一个轴旋转,包括我们的太阳和更广泛的太阳系。这种旋转产生了一个巨大的由气体和尘埃组成的原行星盘,最终凝结成行星本身。最后,我们在这里,在一个绕轴旋转的行星上,因为该轴围绕太阳旋转,而太阳又绕着自己的轴旋转。难怪几千年来,哲学家们认为圆周运动是某种更高的、神圣的存在的标志——因为它是如此丰富的现象。

但在一个名为MAXI J1820+070 的遥远的X射线双星系统, 它包含一个小黑洞(质量大约是太阳的八倍)和一颗大约是太阳一半大小的恒星,而黑洞的自旋轴与它的邻居相比偏离了 40 度(一般认为旋转轴会彼此对齐并垂直于系统轨道面)。但这黑洞的特殊角度,显示黑洞形成过程有些尚不理解的作用力,导致黑洞和系统失衡。而更耐人寻味的是它的存在引发的问题:宇宙中有什么东西可以翻过黑洞?

黑洞令人难以置信的快速 X 射线射流潮起潮落!

当然,这并不是天文学家第一次将目光投向 MAXI J1820+070。大约 10000 光年外,黑洞和它的恒星是一对双星对,黑洞的引力如此之大,以至于它把主恒星上的物质撕开,形成一个巨大的 X 射线发射盘。在围绕黑洞旋转的圆盘中移动的这种极热气体中的一些最终将穿过事件视界——在那里没有光可以返回——而其他部分气体则以两束极热和高放射性的巨大光束射回太空沿着黑洞的磁场线喷出的喷流。

虽然这些喷流可以以80% 的光速流动,但它们并不总是稳定的。这就是为什么通过监测光束的活跃和不活跃阶段,让研究人员得以发现了黑洞的旋转轴。虽然当时处于活跃状态,但随着较少量的“燃料”物质从恒星中剥离并被吸入黑洞,喷流的强度已经减弱。这改变了奇怪系统的光分布,主星成为了主要的光源。这使得 Poutanen 和他的同事们能够通过光谱分析轨道倾角。

这种倾斜可以解释观察到来自黑洞的奇怪信号——称为准周期振荡 (QPO)。QPO 是特定频率的强度峰值。一个流行的模型表明,这些信号是自旋和轨道未对准的结果,MAXI J1820+070 就是这种情况,它也产生 QPO。

虽然目前尚不清楚这个黑洞究竟是如何获得如此倾斜的,但它很可能来自其母超新星坍缩时的不稳定性。研究的主要作者、芬兰图尔库大学的天体物理学家朱里·普塔宁( Juri Poutanen )表示:“在这种情况下,可能的形成通道是在大质量恒星核心坍缩期间对黑洞的一个大反冲(由于不对称的中微子发射)。在很大程度上,对齐的期望不适用于黑洞 X 射线双星等奇怪的物体。”

研究人员猜测,这种倾斜应该是超新星的结果——垂死恒星的物质喷射给黑洞带来了一种叫做“natal kick”的东西,它可以将大质量物体与邻近物体的对齐方式击倒。不过它不是爆炸本身的‘撞击’,而是将两个物体保持在一起的引力场的突然变化,再加上黑洞在超新星爆炸中形成的过程中,获得了极端的旋转。

此外,除了像 MAXI J1820+070 这样的二元系统之外,还有几种不同的模型来描述黑洞的形成方式。但是 40 度的倾斜并不容易解释,并且可能会改变我们对超新星如何产生黑洞的了解。特别是因为当前关于时空如何围绕黑洞引力弯曲的模型已经非常复杂,这个发现迫使我们为它们增加一个新的维度。

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