首次探测到内部有黑洞的巨型恒星

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翻译：葛文迪

校对：牧夫校对组

编排：陈宏宇

后台：朱宸宇

https://www.sciencealert.com/giant-stars-with-black-holes-inside-them-may-have-been-detected-for-the-first-time

在宇宙黎明时分出现的神秘光点中，有些可能是我们从未见过的一种天体。

根据对一个被称为“小红星”（LRD）的天体（昵称为“悬崖”）的新分析，这些尚未解释清楚的天体可能是被巨大而密集的气体云包裹的超大质量黑洞，就像围绕恒星核心的大气层一样。

这一非常简洁的解释，解决了天文学家们一直难以调和的一个问题：LRD的光谱中出现了一个“断裂”，使得早期宇宙中的星系看起来比可能的年龄还要老。

德国马普天文研究所的天体物理学家安娜·德·格拉夫（Anna de Graaff）领导的团队称：“我们得出结论，‘悬崖’的静止光学和近红外连续光谱不可能来自一个具有极高恒星密度的大型、演化恒星群体。相反，我们认为最合理的模型是一个被其附近密集、吸收气体染红的发光电离源。目前，唯一能够产生观测到的巴耳末跃变的强度和形状的模型就是黑洞恒星。”

巴耳末跃变是太空中天体光谱中在紫外部分发生的一种急剧变化，其一侧的短波长光的强度比另一侧的长波长光的强度低得多。这种特征是由氢原子吸收短波长光而产生的。强烈的巴耳末跃变与拥有大量A型恒星的星系有关，这些恒星的温度正好适合在所需的波长处吸收光线。

关键在于：要显示出强烈的巴耳末跃变，这些星系必须足够古老，使得最早占主导地位的O型和B型恒星大多已经死亡，留下A型恒星负责星系的大部分光线，几乎没有新的恒星形成。

在大约0.36微米的紫外波长处观测到的“悬崖”的巴耳末跃变。

图片来源：安娜·德·格拉夫等人

许多LRD在大爆炸后仅6亿年（138亿年前）就开始展现出强烈的巴耳末跃变。科学家们认为，这在宇宙的寿命中太早了，星系不可能达到A型恒星占主导地位的阶段。反过来，这促使人们对这些在时空黎明时分出现的小红星到底是什么进行了研究——从原初黑洞到超大质量恒星的种子。“悬崖”代表了一种全新的挑战，其光线已经传播了119亿年，其巴耳末跃变是迄今为止LRD中最为明显的。

德·格拉夫解释说：“‘悬崖’的极端特性迫使我们重新回到起点，提出全新的模型。”

现在，展现出巴耳末跃变的不仅仅是星系。如果大量恒星共同在星系的光谱中产生巴耳末跃变，那么每颗恒星单独来看也应该具有这一特征。研究人员指出，“悬崖”的光谱更接近于单颗恒星而非整个星系的光谱。

考虑到这一独特之处，研究人员开发了一个他们称之为“黑洞恒星”的模型：一个超大质量黑洞正在从吸积盘中积极摄取物质，被氢气厚层包围并被染红，而不是被尘埃包围。

在炽热、翻腾的氢气球体内的黑洞，可能点亮早期宇宙。

这种结构与被炽热等离子体包裹的恒星有些相似，但与恒星核心的原子聚变不同，黑洞恒星的中心是一个黑洞，类似于星系中心的活动星系核，它加热着周围翻腾的氢气。

目前这只是一种模型，但研究团队对黑洞恒星的模拟非常精确地复制了“悬崖”观测到的光谱。这表明，在早期宇宙中，至少有一些LRD可能是这些伪装成星系的奇特黑洞。

目前，这一理论仍然只是理论。需要进一步的研究来确定黑洞恒星是否真实存在，以及它们是如何形成和演化的，它们的光谱中还有哪些其他特征可能具有意义。然而，这种说法似乎相当合理，并且至少可以在一定程度上解决LRD的问题，而无需打破我们对宇宙演化过程的理解。

“‘悬崖’迄今为止提供了最有力的直接证据，表明LRD中的巴耳末跃变和静止光学至近红外光谱能量分布可能主要由活动星系核的辐射所主导，而不是由演化恒星群体所主导，尽管关于黑洞和宿主星系属性仍有许多未解之谜，”研究人员写道。

“由于其相对较小的红移，韦布空间望远镜的高质量光谱光度覆盖范围在静止波长范围内很广。这些严格的限制条件使‘悬崖’成为未来活动星系核和黑洞恒星模型的理想基准。”

责任编辑：郭皓存

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