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大质量X射线黑洞终于符合宇宙理论

M33 X-7中的大质量黑洞隐藏在煎饼状物质吸积盘的X射线明亮中心。黑洞的热(蓝色)大质量恒星伴星在被黑洞牵引和捕获的风中正在失去质量。

一个巨大的黑洞喷出X射线,围绕着一颗昏暗的恒星在轨道上旋转,最终有了一个好的起源故事。

根据一项新的研究,与巨星从几乎耗尽核燃料的伴星吸收质量时产生的双星系统不同,巨大的黑洞M33 X-7可能已经形成,因为在这种情况下,伴星仍然有大量的氢可以燃烧。

这个巨大的恒星黑洞“质量是太阳的15.7倍,每3.45天绕一颗质量是太阳70倍的更大恒星运行一次”。其他X射线双星通常有10个太阳质量的恒星黑洞。

这对星系位于距离地球约270万光年的梅西耶33星系。

研究人员很难使用现有的二进制X射线系统模型对M33 X-7做出令人满意的解释。

西北大学的研究负责人FrancescaValsecchi告诉太空网:“这个大质量黑洞是这类系统中有史以来发现的质量最大的恒星,与恒星的大小相比,轨道非常紧密。”

另一个问题是,伴星的质量比平时暗得多。

眼角是如何存在的

在一个解释M33 X-7的模型中,在主星开始耗尽氢燃料并膨胀后,它的外部区域形成了一个包围它和它的伴星的外壳。

但对于一个大到足以产生近16个太阳质量黑洞的恒星来说,就像在这种情况下一样,包络线会导致这两颗恒星合并。

虽然其他一些提出的模型可以解释系统的质量和紧密轨道,但它们并不能解开黑洞X射线发光和旋转的奥秘。黑洞的伴星及其椭圆轨道的相对昏暗也无法解释。

瓦尔塞奇和她的同事为这对情侣想出了一个不同的可能历史。

黑洞的新起源故事

在他们的模型中,黑洞-恒星配对源于一颗质量几乎是太阳100倍的巨星“未来黑洞”,每三天左右围绕一颗质量约为30太阳质量的第二颗恒星旋转一周。

在这样一个狭窄的轨道上,未来的黑洞能够在将氢燃烧成氦的同时开始转移质量。结果,它失去了大部分氢包层(成为所谓的Wolf-Rayet星),并以恒星风的形式脱落了其余的氢包层,暴露出氦核。

在这个过程中,它的伴星质量要大得多,成为两颗恒星中更大、质量更大的一颗。但研究人员表示,它仍然很暗淡,因为增加的质量不会显著改变其核心的核反应速率。

最后,原恒星在自身引力的作用下坍塌,形成一个黑洞,并开始吸收其伴星的恒星风,从而产生强大的X射线发射。引力坍缩过程中释放的能量对黑洞产生了冲击,导致黑洞进入椭圆轨道,而黑洞的自转是恒星自身自转的结果。

瓦尔塞奇说:“很高兴能够证实我们对双星进化和黑洞形成的基本理解,因为这使我们能够信任我们的物理模型,并对其他尚未发现的黑洞系统做出预测。”

根据研究人员的说法,现有的含有大量伴星的Wolf-Rayet双星可能代表了M33 X-7形成过程的早期阶段,为该模型提供了进一步的证据。

Valsecchis说,她和她的同事目前正在调查另一个X射线双星系统的历史,该系统包含在另一颗恒星周围形成的最大质量黑洞。


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