这一令人惊讶的发现可能会令人们重新思考银河系中心的天体物理学。
欧洲甚大望远镜的图像显示了银河系中心超大质量黑洞人马座A*（Sgr A*）和新发现的双星D9
从事银河系中心区域研究工作的天文学家如今发现了他们从未预料到的事情：一对年轻的恒星在超大质量黑洞附近相互绕行，而这个超大质量黑洞可以说就是我们银河系的黑暗心脏。2024年12月发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上的这一观测结果令人十分震惊，因为天体物理学家曾认为黑洞的强烈引力要么将恒星撕裂，要么会将它们挤压在一起。但这个被称为D9的新天体表明，这种“双星”至少可以短暂地在黑洞附近生存。它也有助于解释附近的其他神秘天体的来源。
“这些结果让我非常惊讶。”加州大学洛杉矶分校（UCLA）的天体物理学家杜骏（Tuan Do）说。他并没有参与这项工作。“这表明，尽管我们几十年来一直在观察天空中的这个小小的点，但总有可能会有新的发现。”
银河系中心的黑洞是时空架构中不可忽视的一个深坑，其质量是太阳的400万倍。然而，它非常致密，我们甚至可以把它放在水星围绕太阳运转的轨道之中。这个超大质量黑洞被称为人马座A*，它本身是无法被看见的。但天文学家知道它的存在，因为少数属于S星团（S-cluster）的恒星围绕着那个黑点运行，且十分靠近黑洞的“事件视界”。这非常危险，因为在这个距离内，任何东西，哪怕是光，都无法逃脱它的引力。
多年来，加利福尼亚州以及德国的两个团队一直在监测它们当中距离地球最近的恒星。大约20年前，两个团队都证明了这颗恒星的偏心高速轨道只有在它围绕着一个质量极大的紧凑物体——黑洞——运行时才有可能存在。团队的负责人——马克斯 · 普朗克地外物理学研究所（MPE）的莱因哈德 · 根策尔（Reinhard Genzel）和加州大学洛杉矶分校的安德里亚 · 盖兹（Andrea Ghez）——共同获得了2020年诺贝尔物理学奖。
但S星团中还存在其他谜团。虽然星团中有许多数十亿年前从更远的地方迁移过来的年老恒星，但依然存在一些年轻成员。这很奇怪，因为通常恒星诞生的地方含有大量的冷气体，这些气体不可能在离超大质量黑洞这么近的地方存在。如果这些年轻的恒星是从其他地方迁移过来的，那也不应该这么多。该星团还包含神秘的G天体，它们看起来像是尘埃和气体的团块，但以特定的频率发光，就像气体被附近的恒星激发一样。此外，尽管银河系中至少有1/3的恒星系统是双星或多星，但S星团中却难觅它们的踪迹。
最新发现的双星系统的证据是星光波长的震颤现象。科隆大学的弗洛里安 · 佩斯克尔（Florian Pei?ker）领导的天文学家团队在利用欧洲南方天文台的甚大望远镜研究G天体时，注意到天体的特征发射线在不同时间会略有偏移。观测银河系中心很困难，因为它被气体和尘埃笼罩着，所以研究人员通常会叠加许多夜晚的观测结果以减少噪声。
然而，佩斯克尔和他的团队将这些观测结果按每个单独的夜晚重新区分开，从而发现谱线以372天的周期有规律地移动。这种移动证明了这个充满尘埃的斑点中包含着一对双星。在轨道运动中，恒星反复冲向地球，然后一次又一次地远离地球。当恒星向地球移动时，它的光会转向较短的波长，就像救护车向你驶来时警报器的音调会提升一样。当恒星远离地球时，光的波长会变长，就像救护车驶离时警报器的音调会下降一样。
尽管D9具有G天体特有的尘埃特征，但它并不像类似天体那样明亮。当研究人员将D9的整体发射谱与带有尘埃云的新形成恒星模型进行比较时，他们得出结论，D9可能由一颗只有270万年历史、质量是太阳2.8倍的恒星和一颗质量只有0.7倍太阳质量的伴星组成。理论物理学家预测，接近超大质量黑洞的双星系统不会持续太久，如果两颗恒星相距甚远，它们会被撕裂；如果它们靠得很近，它们会被迫合并。D9的情况表明，两颗恒星应该很快就会合并。佩斯克尔说，这“可能是在一百万年后，但也可能发生在明天”。
该团队表示，D9可以为S星团的几个谜团提供答案。G天体可能是最近发生的双星合并或即将发生的合并的产物。随着尘埃和气体的覆盖物消散，如此形成的恒星可能就是S星团中可见的年轻恒星之一。“这个天体有可能告诉我们很多关于此区域的信息。”杜骏说。
并不是每个人都认为这可以完全解释G天体。MPE的天体物理学家斯特凡 · 吉勒森（Stefan Gillessen）等人认为，G天体是来自邻近恒星的恒星风碰撞时产生的短暂的气体和尘埃团块，并且会产生湍流和冲击波。他和他的同事已经确定了三个似乎共享同一轨道的G天体。“为什么三颗恒星会像串上的珍珠一样排列？”他问道。他认为一个更自然的解释是，这是一大块气体沿着轨道延伸出现的现象，其密度高到连望远镜都可以观测到。
然而，吉勒森表示，他并不排除双星合并也会产生G天体的可能性。“动物园里有一个新物种，当然是很有趣的事情。”
资料来源 Science
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本文作者丹尼尔·克莱里（Daniel Clery）是《科学》杂志驻英国的高级通信员，负责天文学、物理学、能源以及欧洲政策方面的报道