有什麼東西翻倒了一個黑洞?傾斜的黑洞,正挑戰黑洞形成理論

無論走到哪裡,都無法逃脫圓周運動。而且除了天王星,我們太陽系中的所有行星都圍繞與太陽大致對齊的軸旋轉。由于太陽系的形成方式以及許多復雜的流體動力學和物理學,我們在整個宇宙中都看到了這一點。

在遙遠的太空區域中存在一個雙星系統,其中中心的一個巨大物體與其夥伴衛星未對準。如果這看起來有點奇怪,那就更奇怪了:根據發表在《科學》雜誌上的一項新研究,這個天體是一個黑洞,不知何故被推到了它的一邊。

有什麼東西翻倒了一個黑洞?它正在改變我們的理論!

當太陽誕生時,它是由最終凝結成行星的同一團氣體雲形成的。宇宙中的一切都圍繞一個軸旋轉,包括我們的太陽和更廣泛的太陽系。這種旋轉產生了一個巨大的由氣體和塵埃組成的原行星盤,最終凝結成行星本身。最後,我們在這裡,在一個繞軸旋轉的行星上,因為該軸圍繞太陽旋轉,而太陽又繞著自己的軸旋轉。難怪幾千年來,哲學家們認為圓周運動是某種更高的、神聖的存在的標誌——因為它是如此豐富的現象。

但在一個名為MAXI J1820+070 的遙遠的X射線雙星系統, 它包含一個小黑洞(質量大約是太陽的八倍)和一顆大約是太陽一半大小的恒星,而黑洞的自旋軸與它的鄰居相比偏離了 40 度(一般認為旋轉軸會彼此對齊並垂直于系統軌道面)。但這黑洞的特殊角度,顯示黑洞形成過程有些尚不理解的作用力,導致黑洞和系統失衡。而更耐人尋味的是它的存在引發的問題:宇宙中有什麼東西可以翻過黑洞?

黑洞令人難以置信的快速 X 射線射流潮起潮落!

當然,這並不是天文學家第一次將目光投向 MAXI J1820+070。大約 10000 光年外,黑洞和它的恒星是一對雙星對,黑洞的引力如此之大,以至于它把主恒星上的物質撕開,形成一個巨大的 X 射線發射盤。在圍繞黑洞旋轉的圓盤中移動的這種極熱氣體中的一些最終將穿過事件視界——在那裡沒有光可以返回——而其他部分氣體則以兩束極熱和高放射性的巨大光束射回太空沿著黑洞的磁場線噴出的噴流。

雖然這些噴流可以以80% 的光速流動,但它們並不總是穩定的。這就是為什麼通過監測光束的活躍和不活躍階段,讓研究人員得以發現了黑洞的旋轉軸。雖然當時處于活躍狀態,但隨著較少量的「燃料」物質從恒星中剝離並被吸入黑洞,噴流的強度已經減弱。這改變了奇怪系統的光分佈,主星成為了主要的光源。這使得 Poutanen 和他的同事們能夠通過光譜分析軌道傾角。

這種傾斜可以解釋觀察到來自黑洞的奇怪信號——稱為准週期振盪 (QPO)。QPO 是特定頻率的強度峰值。一個流行的模型表明,這些信號是自旋和軌道未對準的結果,MAXI J1820+070 就是這種情況,它也產生 QPO。

雖然目前尚不清楚這個黑洞究竟是如何獲得如此傾斜的,但它很可能來自其母超新星坍縮時的不穩定性。研究的主要作者、芬蘭圖爾庫大學的天體物理學家朱裡·普塔寧( Juri Poutanen )表示:「在這種情況下,可能的形成通道是在大質量恒星核心坍縮期間對黑洞的一個大反沖(由于不對稱的中微子發射)。在很大程度上,對齊的期望不適用于黑洞 X 射線雙星等奇怪的物體。」

研究人員猜測,這種傾斜應該是超新星的結果——垂死恒星的物質噴射給黑洞帶來了一種叫做「natal kick」的東西,它可以將大質量物體與鄰近物體的對齊方式擊倒。不過它不是爆炸本身的‘撞擊’,而是將兩個物體保持在一起的引力場的突然變化,再加上黑洞在超新星爆炸中形成的過程中,獲得了極端的旋轉。

此外,除了像 MAXI J1820+070 這樣的二元系統之外,還有幾種不同的模型來描述黑洞的形成方式。但是 40 度的傾斜並不容易解釋,並且可能會改變我們對超新星如何產生黑洞的了解。特別是因為當前關于時空如何圍繞黑洞引力彎曲的模型已經非常復雜,這個發現迫使我們為它們增加一個新的維度。

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