银河系中心的超大质量黑洞人马座A*附近首次发现双星

天文学家们有了一个突破性的发现：一颗双星正绕着银河系中心的超大质量黑洞危险地运行。这对恒星在巨大的引力环境中暂时茁壮成长。 这对恒星被命名为D9，它让我们难得一见地了解到系统是如何在如此极端的条件下生存甚至形成的。

这幅图像显示了新发现的双星 D9 的位置，它正围绕着人马座 A*（银河系中心的超大质量黑洞）运行。 这是迄今为止在超大质量黑洞附近发现的第一对恒星。 切面显示的是欧洲南方天文台甚大望远镜上的 SINFONI 摄谱仪探测到的双星系统。 虽然在这幅图像中无法分辨出这两颗恒星，但 SINFONI 在过去几年中捕捉到的光谱却揭示了 D9 的双星性质。 这些光谱显示，当两颗恒星相互绕行时，D9 周围氢气发出的光会周期性地向红色和蓝色波长振荡。 资料来源：ESO/F. Peißker et al.

一个国际研究小组在银河系中心的超大质量黑洞人马座A*附近发现了一个双星系统。 这是首次在如此接近超大质量黑洞的地方发现一对恒星。 这一发现是利用欧洲南方天文台超大望远镜（ESO的VLT）的数据得出的，它揭示了恒星在极端引力作用下是如何生存的。 它还为探测人马座A*附近的行星提供了新的可能性。

德国科隆大学研究员、12月17日发表在Nature Communications上的这项研究的第一作者弗洛里安-佩斯克（Florian Peißker）解释说："黑洞并不像我们想象的那样具有毁灭性。 双星--一对相互绕行的恒星--在整个宇宙中都很常见。 然而，直到现在，人们还没有在超大质量黑洞附近观测到过双星，因为强烈的引力通常会破坏这类系统的稳定。"

这项新发现表明，有些双星即使在破坏性条件下也能短暂茁壮成长。 这颗新发现的双星被称为 D9，它的发现恰逢其时：据估计，它只有 270 万年的历史，附近黑洞的强大引力可能会使它在短短 100 万年内合并成一颗恒星，对于这样一个年轻的系统来说，这是一个非常狭窄的时间跨度。

"这在宇宙时间尺度上为观测这样一个双星系统提供了一个短暂的窗口--而我们成功了！"这篇文章的合著者艾玛-博迪尔（Emma Bordier）解释说，她也是科隆大学的一名研究员，曾经在欧洲南方天文台学习过。

D9 是迄今为止在人马座 A*（银河系中心的超大质量黑洞）附近发现的第一对恒星。这张图片显示的是欧洲南方天文台甚大望远镜上的 SINFONI 仪器绘制的氢发射线。多年来，人们发现 D9 周围的发射线周期性地向红色和蓝色波段摆动，这揭示了 D9 实际上是两颗相互绕行的恒星。图片来源：ESO/F. Peißker et al.

多年来，科学家们一直认为超大质量黑洞附近的极端环境阻碍了新恒星的形成。在人马座A*附近发现的几颗年轻恒星推翻了这一假设。现在，这颗年轻双星的发现表明，即使是恒星对也有可能在这些恶劣的条件下形成。合著者、捷克马萨里克大学（Masaryk University）和科隆大学（University of Cologne）的研究员米哈尔-扎亚切克（Michal Zajaček）解释说："D9系统显示出恒星周围存在气体和尘埃的明显迹象，这表明它可能是一个非常年轻的恒星系统，一定是在超大质量黑洞附近形成的。".

这段动画展示了 D9 恒星系统的两颗恒星如何在气体和尘埃云的包裹下相互绕行。蓝线表示双星系统围绕人马座A*（银河系中心的超大质量黑洞）运行的轨道。D9 是有史以来第一颗在超大质量黑洞附近发现的双星。它在这种极端环境中的形成和生存意味着黑洞并不像我们想象的那样具有毁灭性。图片来源：ESO/M. Kornmesser

新发现的双星是在一个由恒星和其他天体组成的密集星团中发现的，该星团围绕人马座A*运行，被称为S星团。 在这个星团中，最神秘的是G天体，它们的行为像恒星，但看起来像气体和尘埃云。

正是在对这些神秘天体的观测过程中，研究小组发现了 D9 星群中的一个令人惊讶的模式。 用 VLT 的 ERIS 仪器获得的数据与 SINFONI 仪器的档案数据相结合，发现了恒星速度的反复变化，表明 D9 实际上是两颗恒星在相互绕行。"我以为我的分析是错误的，"Peißker 说，"但是光谱模式覆盖了大约 15 年的时间，很明显这次探测到的确实是 S 星团中观测到的第一个双星。"

这个动画显示的是 D9，这是有史以来在人马座 A* 附近发现的第一对恒星，人马座 A* 是银河系中心的超大质量黑洞。 我们放大和缩小黑洞以及围绕黑洞运行的单星，然后靠近 D9，这是在黑洞附近发现的首个双星系统。

研究结果为我们揭示了神秘的 G 天体的本质。 研究小组提出，它们实际上可能是尚未合并的双星和已经合并的双星残留物质的组合。

环绕人马座A*运行的许多天体的确切性质，以及它们是如何在如此靠近超大质量黑洞的地方形成的，仍然是一个谜。 但很快，VLT 干涉仪的 GRAVITY+ 升级版和正在智利建造的欧洲南方天文台（ESO）超大望远镜（ELT）上的 METIS 仪器就能改变这种状况。 这两套设备将使研究小组能够对银河中心进行更详细的观测，揭示已知天体的本质，无疑也会发现更多的双星和年轻系统。"我们的发现让我们可以推测行星的存在，因为这些行星通常是在年轻恒星周围形成的。 在银河系中心发现行星似乎只是时间问题，"Peißker 总结道。

激光导引星（LGS）从 VLT 的 8.2 米叶朋望远镜发射，瞄准银河系中心，即银河系最亮部分的中心。 激光束是 VLT 自适应光学系统的一部分。 它在地球中间层 90 千米的高度创造了一颗人造恒星。 这颗恒星被用作校正图像和光谱的参照物，以消除大气层的模糊效应。 图片来源：G. Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO

这张图显示了人马座 A* 所在的视场位置--黑洞用红色圆圈标出，位于人马座（射手座）内。 该图显示了在良好条件下肉眼可见的大部分恒星。 图片来源：ESO、IAU 和 Sky & Telescope

DOI: 10.1038/s41467-024-54748-3

编译自/ScitechDaily