X射线双星系统天鹅座X

X射线双星系统天鹅座X-1的黑洞质量挑战恒星演化模型
（神秘的地球uux.cn报道）据EurekAlert!：一项新的研究显示，X射线双星系统天鹅座X-1中的统天黑洞是如此巨大——其重约21个太阳质量，因而挑战了目前的鹅座恒星演化模型。黑洞的线双星系质量最终取决于其母恒星的属性，并通常受到终其一生的统天因恒星风而损失质量的约束。如果黑洞与双星伴星发生相互作用，鹅座该系统会发出X射线并有时会形成射电喷流，线双星系后者会令该系统以X射线双星形式见于电磁观测。统天
对已知X射线双星进行的鹅座测量显示，这些系统中的线双星系黑洞质量均低于20个太阳质量（M☉），其中最大的统天为15-17 M☉。然而，鹅座对黑洞合并事件的线双星系引力波探测则发现了质量更大的黑洞（上达50 M☉），它所揭示的统天这一差异挑战了目前有关大质量恒星黑洞形成的理论。在这里，鹅座James Miller-Jones和同事介绍了用超长基线阵列（VLBA）对天鹅座X-1的新观察；天鹅座X-1是我们银河系中的一个得到充分研究的恒星质量黑洞。在2016年5月29日至6月3日间，他们用VLBA对天鹅座X-1进行了6次观测（每天1次）。
Miller-Jones等人用该新数据和存档的观测资料细化了到X射线双星的距离并发现它比以前估计的距离更远，从而将该系统黑洞的推断质量提高到21 M☉。新的测量结果将天鹅座X-1确立为目前已知的由电磁探测发现的质量最大的恒星黑洞。据作者披露，对存在于银河系中的质量如此巨大的黑洞来说，在前身恒星演化时通过恒星风所失去的质量肯定会低于目前模型的预测。
相关报道：霍金打赌服输的黑洞重新精确测量！自转速度接近光速
（神秘的地球uux.cn报道）据新浪科技：北京时间2月19日凌晨，国际科学期刊《科学》（Science）杂志和《天体物理学报》（Astrophysical Journal）的三篇文章联合发布了对历史上发现的第一个恒星级黑洞——天鹅座X1（Cygnus X-1）的最新精确测量结果。
来自澳大利亚、美国和中国（中国科学院国家天文台苟利军研究员牵头）的三个团队分别独立对黑洞的距离、质量、自旋及其演化做了最为精确的测量和限制，发现此系统包含了一个21倍太阳质量的黑洞，并且其自转速度极接近光速。这是迄今发现并确认的唯一一个黑洞质量超过20倍太阳质量且自转如此之快的X射线双星系统。其中，中国科学院国家天文台苟利军研究员及学生赵雪杉、郑雪莹为《科学》杂志论文的合作者，并作为第一作者及通讯作者在《天体物理学报》发表系列中关于黑洞自转精确测量的文章。
天鹅座X1是一个X射线双星系统，除了包含能够产生X射线源的致密星之外，还包含一个蓝巨星。自从这个系统在1964年被美国探空火箭首次发现以来，其中致密天体究竟是黑洞还是中子星的问题一直是高能天体物理研究领域的热点。上世纪70年代，物理学家索恩和霍金也为此打赌，还立下了字据。直到上世纪90年代，越来越多的观测证据表明这个系统中心应该是黑洞，霍金才签字表示认赌服输。
尽管霍金已经认输，然而对于这个系统的性质一直缺乏精确的测量。2011年，苟利军研究员和合作者就对这颗黑洞的性质首次做了一次精确测量的尝试。当时得出的结果是：这个黑洞系统与地球的距离为6067光年，质量为14.8倍的太阳质量，并且发现黑洞的视界面在以72%的光速转动。
2013年，欧洲航空局的盖亚（GAIA）卫星发射升空，计划对银河系内的10亿颗恒星的距离进行精确测量，当然也包括天鹅座X1在内的X射线双星。结果，盖亚卫星所给出的天鹅座X1的距离要比之前的距离远一些，大约为7100光年。在刚刚发表在《科学》上的文章中，来自澳大利亚柯廷大学的米勒-琼斯教授所领导的团队，利用美国的甚长基线干涉阵列（VLBA），通过三角视差方法对天鹅座X1的距离再次进行测量和确认。团队把新的观测数据和之前的观测数据相结合，同时消除了天鹅座X1的喷流运动所导致的系统误差效应之后，最终得到了天鹅座X1黑洞的最新距离，这一结果为7240光年，精度达到8%，这个距离和盖亚卫星给出的距离完全一致。在此基础之上，合作团队重新分析光学数据，发现黑洞质量增加了50%，增加到了21倍的太阳质量，精度为10%，这是X射线双星系统中目前唯一一个主星质量超过20倍太阳质量的黑洞X射线双星系统。
黑洞自转仅仅影响靠近黑洞视界面大约几百公里的范围，所以需要利用位于此区域的吸积盘所产生的光子能量更高的X射线波段数据来推断。苟利军研究员领导的研究团队结合新得到的距离和质量的测量结果，分析了X射线光谱数据，从而对黑洞的自转速度进行了精确限制，相比之前的测量结果，发现此次测量的黑洞转动更加极端，黑洞视界面正在以至少95%的光速自转，这也是目前已知的唯一一个以如此高速度转动的黑洞系统。详细的分析过程发表在今天上线的《天体物理学报》上。同时，这一关于自旋的总结结果也在今天上线的《科学》文章中进行了阐述。
系统参数完整并且高精度的测量使得团队可以对此系统的演化过程做出一个更严格的限制。同为《科学》文章合作者的澳大利亚莫纳什大学的曼德尔教授领衔了另外一篇发表在《天体物理学报》上关于恒星演化的文章。这篇文章表明，要想形成如此重量并且转动极快的黑洞，星风损失应该要比之前预计的小好几倍，而此黑洞的前身星重达60倍的太阳质量。
精确的系统参数测量也给我们提供了和引力波所探测到的黑洞进行比较的机会。天鹅座X1的自转极快，这和引力波所发现的黑洞系统表现出完全不同的转动特征，这也意味着此系统很有可能与引力波系统有着完全的不同形成机制。
论文链接： （美国东部时间2月18日下午2点上线）
1.‘Cygnus X-1 contains a 21-solar mass black hole – implications for massive star winds’， published in Science on February 18th， 2021。
2.‘Reestimating the Spin Parameter of the Black Hole in Cygnus X-1’， published in The Astrophysical Journal on February 18th， 2021。
3.‘Wind mass-loss rates of stripped stars inferred from Cygnus X-1’， published in The Astrophysical Journal on February 18th， 2021。
相关报道：测量数据显示天鹅座X-1系统包含一个质量高于此前预期的巨大黑洞
（神秘的地球uux.cn报道）据cnBeta：天鹅座X-1系统一直被认为包含了我们在没有使用引力波探测器的情况下所探测到的最巨大的恒星质量黑洞。该系统中的巨大黑洞的质量是太阳质量的21倍。天鹅座X-1是距离地球最近的黑洞之一，最初发现于1964年。当一枚亚轨道火箭从新墨西哥州发射时，发现了这个巨大的黑洞，火箭上有一对盖格计数器。
有趣的是，这个特殊的黑洞是物理学家霍金和基普·索恩在1974年打赌的焦点。在那次打赌中，霍金把赌注押在这个物体不是黑洞上，并在1990年被迫认输。
在最新的研究黑洞的工作中，科学家们使用了一个巨大的射电望远镜--甚长基线阵列，并采用了一种巧妙的技术来测量空间中的距离。
之所以选择甚长基线阵列进行研究，是因为它是一个巨大的射电望远镜阵列，大小相当于美国大陆 - 由分布在全美各地的10个天线组成。该项目的研究人员表示，从不同的位置观看同一个物体，可以通过测量物体相对于背景移动的距离，计算出它与我们的距离。在六天的时间里，该团队观测了黑洞的完整轨道，还使用了2011年同一望远镜阵列的观测数据。
利用新的方法和测量结果，研究小组发现该系统比之前认为的更远，而且黑洞的质量明显高于预期。一位研究人员说，这个黑洞如此巨大，以至于它正在挑战黑洞如何形成的理论。天鹅座X-1最初是一颗约为太阳质量60倍的恒星，在数万年前坍塌。
它每隔五天半就绕着一颗伴星运行一次，距离是地球和太阳的五分之一。通过新的测量结果，研究人员估计这个黑洞的质量是太阳质量的20多倍，比之前的估计高出50%。测量结果还显示，这个黑洞的旋转速度非常接近光速，比迄今为止发现的其他黑洞都要快。

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