双星接触所形成的黑洞 天文学家记录撼动宇宙的宇宙碰撞

研究人员发现，这两颗恒星位于一个叫做小麦哲伦星系的邻近矮星系中，它们部分接触并相互交换物质，其中一颗恒星目前正在"喂养"另一颗。它们每三天互相绕行一次，是迄今观察到的最大规模的接触星(称为接触双星)。

将他们的观察结果与双星演化的理论模型相比较，他们发现，在最适合的模型中，目前被喂养的恒星将成为一个黑洞，并将喂养其伴星。存活下来的恒星将在不久之后成为一个黑洞。

这些黑洞将在短短几百万年内形成，但随后将相互环绕数十亿年，然后以如此大的力量相撞，产生引力波--时空结构中的涟漪--理论上可以用地球上的仪器探测到。

该研究的主要作者、博士生马修-里卡德(UCL物理与天文学)说："由于引力波探测器Virgo和LIGO的存在，在过去几年里已经探测到了几十个黑洞合并。但是到目前为止，我们还没有观察到那些被预测会坍缩成这种大小的黑洞并在时间尺度上短于甚至大致与宇宙年龄相当的恒星。我们的最佳拟合模型表明这些恒星将在180亿年后合并为黑洞。在离我们的银河系如此之近的地方发现这种演化路径上的恒星，为我们提供了一个极好的机会，让我们更多地了解这些黑洞双星是如何形成的。"

共同作者、波茨坦大学的博士生丹尼尔-鲍里说："这颗双星是迄今为止观察到的质量最大的接触双星。较小、较亮、较热的恒星，质量是太阳的32倍，目前正在向其较大的同伴失去质量，后者的质量是我们太阳的55倍。"

天文学家今天看到的黑洞合并形成于数十亿年前，当时宇宙中的铁和其他较重元素含量较低。这些重元素的比例随着宇宙的老化而增加，这使得黑洞合并的可能性降低。这是因为重元素比例较高的恒星有更强的风，它们会更快地自我吹散。

饱受研究的小麦哲伦云，距离地球约21万光年，由于自然界的一个怪癖，它的铁和其他重金属丰度约为我们银河系的七分之一。在这方面，它模仿了宇宙中遥远的过去的条件。但是与更古老、更遥远的星系不同，它足够接近，天文学家可以测量单个和双星的属性。

在他们的研究中，研究人员利用美国宇航局哈勃太空望远镜(HST)和智利欧空局超大型望远镜上的多单元光谱探测器(MUSE)以及其他望远镜上的仪器在多个时段获得的数据，测量了来自双星的不同光带(光谱分析)，其波长范围从紫外线到光学到近红外。

利用这些数据，研究小组能够计算出恒星的径向速度--也就是说，它们向着或远离我们的运动--以及它们的质量、亮度、温度和轨道。然后他们将这些参数与最适合的进化模型相匹配。

他们的光谱分析表明，较小的恒星的大部分外包层已经被其较大的同伴剥去了。他们还观察到这两颗恒星的半径都超过了它们的洛希瓣--也就是说，在一颗恒星周围，物质被引力束缚在该恒星上的区域--证实了较小恒星的一些物质正在溢出并转移到伴星上。

在谈到这两颗恒星的未来演变时，里卡德解释说："较小的恒星将首先成为一个黑洞，在短短70万年内，要么通过一个被称为超新星的壮观的爆炸，要么它可能大到坍缩成一个黑洞而不向外爆炸。在第一个黑洞开始从它的同伴那里增殖质量，对它的同伴进行报复之前，它们将成为约300万年的不安的邻居"。

进行建模工作的Pauli补充说："只过了20万年，用天文术语来说就是一瞬间，伴星也将坍缩成一个黑洞。这两颗大质量的恒星将继续围绕对方运行，在数十亿年的时间里每隔几天绕一圈。慢慢地，它们将通过发射引力波而失去这种轨道能量，直到它们每隔几秒钟就互相绕行一次，最终在180亿年后合并在一起，通过引力波释放出巨大的能量。"