单颗恒星如果形成了黑洞,除了在它的附近能够感觉到它强大的引力外,在远处既看不到它,也感觉不到它,所以,只能在双星系统中寻找。天鹅座X-1恰好是一个正在发射出强烈X-射线的双星系统。
双星是太空中两颗相互靠的很近的恒星,相互围绕着转动。两颗恒星的质量通常不相同,但是它们是同时形成的。正是由于质量的不同,它们的演化速度就不同,演化程度也就不同。其中质量较大的一颗(叫主星)演化的快,另一颗(叫伴星)演化的慢。演化快的一颗首先用完了它的核燃烧,成为一颗红巨星,而质量较小的一颗还在主序星阶段。
红巨星的外层要膨胀,而膨胀到一定程度,就会接触到另一颗恒星的引力范围。于是在双星系统中,红巨星就有一个最大允许体积,叫洛希体积,相应的半径,叫做洛希半径,因为这是法国科学家洛希首先计算得到的。
当红巨星膨胀到它的洛希半径时,超出半径的气体物质就会脱离它的引力,到达小质量伴星的引力范围,这颗伴星就会当仁不让地吸收这些气体物质,并包裹在它的周围,成为它的核燃料。这样一来,两颗恒星之间就会发生质量转移。主星的膨胀和质量转移是同时发生的。到转移结束时,主星外层气壳完全脱去,成为小质量星;伴星吸收了主星的质量,成为大质量星。如果主星的剩余质量仍然大于3倍太阳质量,那么这颗恒星还会继续收缩,并最终经过超新星爆发而成为一个黑洞。但两颗星之间的关系不会变化,已经成为大质量星的伴星仍然与这个黑洞相互围绕着运行。
伴星继续演化,总有一天,它也成了红巨星,并膨胀到刚好充满它的洛希体积。继续膨胀时,它也开始丢失质量,丢失的质量又会向黑洞掉落。 恒星都是旋转的。恒星演化为黑洞时,恒星固有的旋转角动量依然存在,并被黑洞完全继承。旋转的黑洞会拖拽着它周围的时空一起旋转,落向黑洞的恒星物质不会直接进入黑洞,而是会在黑洞的周围形成一个旋转的圆盘,物质在圆盘中呈螺旋线形式落入黑洞。这个圆盘叫吸集盘。
物质在吸集盘中旋转着落向中子星。物质在高速冲击中子星表面时,速度高达10万千米/秒,其势能转变为动能,会形成超过1亿度的高温,高温气体会发射出来强烈的X-射线。人们就是依靠探测X-射线来探测黑洞的。
天鹅座X-1是一个强射电源。是1965年发射的一颗X-射线探测火箭发现的,1970年发射的X-射线探测卫星对它进行了详细探测,它距离我们大约6000光年。
在天鹅座X-1的位置上,有一颗质量为25-40倍太阳质量的高温蓝色恒星,但这类恒星是不可能发出X-射线的。因此必定有一颗看不见的伴星在吸取它的质量,并加热到数百万度的高温,才能发出如此强烈的X-射线。
仔细观测后发现,这颗蓝色恒星有5.6天的轨道摆动周期,说明的确有一颗伴星。而且这颗伴星与蓝色恒星的距离只有短短的300万千米。进一步的测量和计算显示,这颗看不见的伴星的质量是7倍太阳质量。而根据广义相对论计算,一颗恒星的恒星核质量只要超过3倍太阳质量,它收缩后就不能形成一颗稳定的中子星,只能是一个黑洞。
到此为止,一切证据都显示,天鹅座X-1中有一个黑洞。
这是人类发现的第一个黑洞。
天鹅座X-1黑洞是一个著名的黑洞,它是天文学家发现的第一个黑洞天体,其质量大约是太阳的10倍,直径约60公里(18英里),距离地球8000光年,位于天鹅星座。该黑洞从邻近轨道运行的蓝色超级巨恒星中吸取气体,它向内螺旋式释放着巨大热量,喷射出高能量X射线和伽马射线。