舞”:一颗是可见的普通恒星(像伴舞),另一颗是致密天体(黑洞或中子星,像领舞),两者通过引力“绑”在一起旋转。
1. “气体吸积”的宇宙盛宴
GRo J0422+32的伴星是一颗“慷慨的舞伴”。它的大气被致密天体的引力“撕”成气体流,像瀑布般坠向对方,在距离致密天体几百万公里的“吸积盘”里堆积。气体盘内摩擦生热,温度飙升至1000万c,释放出强烈的x射线——这就是我们看到的“尖叫”。
“吸积盘像宇宙火锅,”我比喻,“气体在里面‘涮’得滚烫,再‘吐’出来变成x射线。锅越大(吸积盘越厚),火越旺(亮度越高)。”1992年的“亮度暴动”,正是伴星气体流突然增强的结果——可能是一颗恒星“路过”时扰动了伴星大气,像往火锅里倒了桶油。
2. “双星舞步”的测量难题
称量致密天体的质量,关键是测量伴星的“舞步”。我们用光谱仪分析伴星的光:当伴星绕致密天体旋转时,朝向地球的一侧会因多普勒效应蓝移(变蓝),背向侧红移(变红),光谱线像“波浪”般起伏。波浪的周期(10.4小时)是公转周期,振幅(波长变化量)则反映伴星的摆动速度——速度越快,致密天体的引力越强,质量越大。
“这像通过舞伴的摆幅猜领舞的体重,”汤姆说,“摆幅大,领舞肯定重。”但测量有个前提:伴星的轨道倾角必须已知(即“舞步”是正面还是侧面朝向我们)。我们通过伴星的“食现象”(致密天体偶尔挡住伴星)确定倾角45°,最终算出致密天体质量3.6-5.1倍太阳——这是人类首次发现质量接近“理论禁区”的致密天体。
三、质量间隙:理论中的“空白地带”
GRo J0422+32的发现之所以轰动,是因为它戳中了天体物理学的“理论软肋”——中子星与黑洞之间的“质量间隙”。
1. 中子星的“体重上限”
中子星是恒星死亡的“残骸”:大质量恒星(8-20倍太阳)超新星爆发后,核心坍缩成直径20公里、密度比原子核还大的球体。它的质量有上限——奥本海默-沃尔科夫极限(约3倍太阳质量)。超过这个极限,中子简并压(中子间的排斥力)就无法抵抗引力,核心会继续坍缩成黑洞。
“这像叠罗汉,”马丁教授解释,“中子星的中子像叠在一起的鸡蛋,最多叠3个(3倍太阳质量),再多就塌了。”此前观测到的中子星都在1.4-2.5倍太阳质量之间,从未超过3倍。
2. 黑洞的“体重下限”
黑洞则是“引力怪兽”:质量超过3倍太阳的致密天体,引力会强到连光都无法逃脱。但理论预测,恒星级黑洞(由恒星坍缩形成)的质量下限约5倍太阳——小于这个质量,恒星核心坍缩时会产生“夸克星”或直接爆炸,无法形成黑洞。
“中间的2-5倍太阳质量,就像超市货架的‘空档’,”汤姆笑称,“理论上不该有天体存在,但GRo J0422+32偏偏‘站’在了这个空档里。”
3. “异常”的科学价值
GRo J0422+32的出现,让天文学家陷入两难:要么承认它是“超重中子星”(挑战中子星结构理论),要么接受它是“小黑洞”(改写黑洞形成理论)。两种可能都将颠覆现有认知——它像一把钥匙,可能打开“质量间隙”的秘密大门。
四、观测现场的“争论与突破”:从“误差”到“共识”
1992-1994年,关于GRo J0422+32的争论席卷学界。反对者认为“质量测量有误”:伴星可能是一颗“密近双星”(两颗恒星互相绕转),导致速度测量虚高;支持者则拿出更多证据——射电望远镜观测到它的喷流(黑洞的标志性特征),x射线光谱显示吸积盘温度符合黑洞模型。
1. “密近双星”的排除
我们用“食双星光变曲线
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