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研究人員利用LAMOST恒星光譜和ASAS-SN測光尋找黑洞候選者

發表日期:2019-11-11來源:放大 縮小

  按照恒星演化理論的估算,銀河系中存在數以億計的恒星級黑洞。然而,目前銀河系中采用動力學方法已證認的恒星級黑洞僅有20個左右。絕大多數已證認的恒星級黑洞及其候選者是通過X射线爆发现象来寻找的。近期厦门大学天文系郑铃霖、顾为民、王俊峰、武剑锋等与中國科學院国家天文台劉繼峰、张昊彤等合作提出了一种新思路,即利用我国LAMOST望遠鏡(郭守敬望遠鏡)的恒星光譜與國外ASAS-SN望遠鏡(由分布在全球各地的24台小口徑望遠鏡組成的時域巡天項目)的測光觀測相結合來尋找銀河系中的黑洞候選者。 

  由于孤立的黑洞極難通過天文觀測來搜尋,目前主要尋找的是雙星中的黑洞候選者。黑洞雙星通常是由一個黑洞與一個光學可見的恒星組成。當恒星充滿其洛希瓣從而恒星的物質可以流向黑洞時,形成的吸積盤會釋放出強烈的X射線輻射從而可能被X射線衛星探測到,這是通過X射線觀測篩選黑洞候選者的原理。然而,當恒星沒有充滿其洛希瓣時,上述物質交換就很微弱(除了大質量恒星的風吸積模式),因此從X射線無法篩選此類黑洞雙星。另一方面,LAMOST望遠鏡的海量恒星光譜數據庫使得從光學波段來搜尋黑洞雙星成爲可能,無論是否存在物質交換的黑洞雙星都有可能被篩選出來。 

  LAMOST恒星光譜可以提供雙星中光學可見恒星的基本參數,更爲重要的是,LAMOST對同一觀測源不同觀測夜的重複觀測、或者是同一觀測夜的多次重複曝光可以對恒星視向速度變化的振幅給出限定。此外,ASAS-SN的周期性光變曲線(例如橢圓調制形態的光變曲線)可能揭示了雙星的軌道周期。結合視向速度變化振幅、軌道周期、可見恒星的參數,即可對雙星中的光學不可見天體的質量做出較好的限定。如果能確定該天體質量大于3倍太陽質量,則該天體很可能是個黑洞。 

  從上述思路出發,該研究團隊從LAMOST恒星光譜數據庫中篩選並重點研究了9個雙星系統,其中每個系統都包含了一顆視向速度變化大于70 km/s 的巨星,並且光變曲線揭示軌道周期大于5天。該工作結合視向速度變化和周期對光學不可見伴星的質量進行了限定。考慮到從僅有的幾次觀測得到的最大視向速度差可能只是真實速度變化振幅的下限,伴星的真實質量可能會顯著高于目前的估算值。因此,這9個源是值得後續光學觀測來進行動力學證認的黑洞初步候選者。 

  特別指出的是,結合LAMOST的視向速度變化和ASAS-SN的測光周期來限定伴星質量是一種有效方法,尤其適用于正在進行的LAMOST中分辨率巡天所得到的觀測結果。 

  该論文已发表在《天文学杂志》(AJ,2019,158,179)上。 論文链接:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ab449f

圖中展示了一個黑洞侯選體的光變曲線的周期變化

 

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