「最靠近地球的黑洞」其實不是黑洞

2020 年 5 月 6 日，歐南天文台（ESO）宣布，它們的天文學家在距離地球僅 1000 光年的 HR 6819 恆星系統中，發現了一個沉默的黑洞，刷新了已知離地球最近黑洞的紀錄。然而論文發表之後，許多天文學家並不認可該團隊做出的結論，紛紛發表論文反駁，一場圍繞 HR 6819 究竟是否包含黑洞的科學論戰就此展開。最終在今（2022）年 3 月 2 日，這場論戰終於塵埃落定：「最靠近地球的黑洞」，其實不是黑洞。

HR 6819 系統的新想像圖。Credit: ESO/L. Calçada

想要了解天文學家們的意見為何分歧，我們首先要了解觀測上究竟看到了什麼現象，才讓天文學家覺得黑洞存在。簡單的說，天文學家一開始是在 HR 6819 的光譜中，發現兩組恆星光譜，一組光譜有明顯的都卜勒效應，一組則沒有（如下圖）。針對這個觀測結果，天文學家分成兩派，一派認為這代表 HR 6819 是一個階層式的三星系統，其中一顆恆星與黑洞在中心高速互繞，另一顆恆星則在遠方緩緩環繞；另一派的看法是，其實黑洞並不存在，這只是兩顆恆星互繞的結果，只是其中一顆恆星的質量比另一顆要大得多，所以它的譜線看不到強烈的都卜勒效應。

對 HR 6819 的兩派想法。Credit: ESO/J. C. Munoz-Mateos, D. Catricheo

［註］筆者 2021 年在泛科學的文章〈狩獵隱身巨獸：天文學家發現沉默的恆星質量黑洞？〉中，有比較詳細的說明過「認為黑洞存在」那組天文學家的想法。

而兩派說法最關鍵的差異，就在於兩顆恆星之間的距離。如果黑洞存在，那兩顆恆星之間的距離將會相當遙遠；如果黑洞不存在，兩顆恆星之間的距離將會非常接近。因此，為了解開 HR 6819 之謎，兩派天文學家們聯手申請出動地表最強大的光學望遠鏡之一：甚大望遠鏡（VLT）觀測 HR 6819。觀測結果顯示，HR 6819 確實是由兩顆恆星組成，而且兩顆恆星之間的距離僅有三分之一天文單位，符合「沒有黑洞」的假說。最終在 2022 年 3 月 2 日，兩派天文學家們一同發表論文，確認 HR 6819 確實沒有黑洞存在，為這場科學論戰畫下句點。

月暈下的四座 VLT 望遠鏡。Credit: Juan Carlos Muñoz-Mateos/ESO

雖然「最靠近地球的黑洞」最終被證實不存在，但是 HR 6819 仍是個非常有趣的目標。新的觀測結果顯示 HR 6819 是由一顆快速旋轉的 Be 型星與一顆 B 型星所組成。但是這顆 Be 型星卻像吸血鬼一樣吸走了 B 型星的大氣層，讓它成為一顆大氣被剝離（stripped）的恆星。天文學家們將會持續觀測 HR 6819，了解恆星間交互作用的複雜機制。而其他大型光譜觀測計畫，比如 LAMOST、APOGEE-2、DESI 等等，也將繼續尋找理應遍布銀河系的沉默黑洞。

「最靠近地球的黑洞」雖然並不存在，但天文學家探索 HR 6819 與銀河系中沉默黑洞的道路，將會不斷延伸。

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作者：林彥興
清大天文所碩士生、EASY 天文地科團隊主編、全國大學天文社聯盟監事