□ 供稿/赵冬瑶

1. 首个黑洞三合系统被发现

迄今为止发现的许多黑洞都处于双星系统中。近期，由麻省理工学院和加州理工学院的天文学家组成的团队公布了他们的最新研究结果，首次发现了黑洞三合系统，即两颗恒星共同围绕着一个中心黑洞运动。此次的发现令天文学家倍感意外，并大大扩展了他们对黑洞的理解。相关研究文章发表于2024年10月23日的《自然》杂志。

此次三合系统的中心黑洞为V404 Cygni，距离地球8000光年。天文学家此前一直熟知，V404 Cygni和它附近的一颗恒星组成了X射线双星，伴星每6.5天绕转黑洞一周。它们是被研究最深入的黑洞及黑洞-恒星系统之一，相关研究论文达到1300多篇。

发现围绕V404 Cygni运动的第二颗恒星非常偶然。研究人员在重新查看V404 Cygni的光学图像时，注意到了两个光斑。第一个光斑来自V404 Cygni和其紧密的伴星。然而对于第二个光斑，此前的研究论文都没有提及。研究团队认为它很有可能是一颗非常遥远的恒星。计算表明，这颗恒星与V404 Cygni的距离是日地距离的大约3500倍。

然而，这颗恒星是否与V404 Cygni存在引力关联呢？为了回答这个问题，研究人员利用了盖亚天文卫星的数据。对于V404 Cygni内层和外层的这两颗恒星，研究人员分析了它们过去10年的运动数据。结果表明，这两颗恒星的运动完全同步。如果这两颗恒星不在同一系统中，那么这种同步发生的概率仅有千万分之一。研究人员断定，这种同步不是巧合或意外，V404 Cygni处于一个三合系统中。外层恒星每7万年完成一次对V404 Cygni的公转。

恒星的三合系统比较常见，然而黑洞的三合系统令天文学家惊讶。恒星级黑洞一般认为多数来源于双星系统中的超新星爆发。近距离的伴星有一定的可能会从爆发中幸存下来。然而，引力作用在遥远的距离上会迅速减弱，意味着遥远的恒星很可能会被爆发的巨大能量弹走，脱离系统。

此次的黑洞三合系统为什么会存在呢？研究团队对此进行了计算机模拟，每次模拟都从三颗恒星开始。如果其中一颗恒星经历超新星爆发而形成黑洞，那么即使研究人员尝试了数万次不同的能量参数，模拟都不能产生黑洞三合系统。唯一能重现观测结果的模拟，是考虑了恒星直接坍缩产生黑洞的情景，而非超新星爆发。在这种情景中，恒星只是向内坍缩形成黑洞，没有最后的剧烈辐射。如此“温和”的过程，几乎不会扰乱任何由引力微弱关联的遥远恒星，从而三合系统得以保持。此次的研究发现扩展了天文学家对黑洞形成的理解。

2. “天关”卫星在轨交付并发布首批科学成果

2024年10月31日，爱因斯坦探针卫星正式在轨交付。同时，卫星被正式命名为“天关”卫星，其在轨取得的首批科学成果也一并正式发布。

“天关”卫星是一颗面向时域天文学研究的X射线天文探测卫星，旨在发现和探索宇宙中的X射线暂现天体。对这些高能暂现天体进行快速探测和高质量观测，将能够有力地推动中子星、黑洞、引力波等重要领域的研究。“天关”一词源于我国北宋至和元年（公元1054年），司天监观测并记录的出现在金牛座 ζ （天关）附近的一次超新星爆发（SN1054），被称为“天关客星”。它作为人类历史上最重要的天文事件之一，又被称为“中国新星”，其遗迹就是著名的蟹状星云（M1）。将卫星命名为“天关”，体现了中国在超新星爆发观测记录方面的深厚渊源，并希望它在新时代为世界天文学发展作出重要贡献。

“天关”卫星配备了宽视场X射线望远镜（WXT）、以及后随X射线望远镜（FXT）。其中，WXT首次大规模运用了“龙虾眼”微孔阵列聚焦成像技术，这使得它能做到宽视场观测，视场可以达到3600平方度。由于暂现天体的发生是随机的，也是随时的，只有用宽视场观测才可能尽量不错过它们的发生。另外，FXT拥有优秀的X射线成像性能，能对目标天体进行高精度的观测。“天关”卫星既能做到宽、也能做到精，就归功于WXT和FXT这种创新的搭配。

“天关”卫星于2024年1月发射升空，经过半年的测试运行，于7月起开始进行常规的科学运行。“天关”卫星目前表现出色，性能超出预期。与国际上同领域现有设备相比，“天关”卫星的探测灵敏度和空间分辨率都提高了一个数量级以上。截至今年9月，“天关”卫星已成功探测到60例确定的暂现天体，上千例暂现天体候选体，以及480多例恒星耀发，还有上百例已知天体的爆发，向国际天文界发送了100多条天文警报；在国际范围内，引导了多个地面和空间多波段设备的后随观测。此外，“天关”卫星不但探测到了多种已知类型的暂现天体，还发现了可能是从未了解过的新类型暂现天体，其光谱和时变特征与目前已知的天体类型均不完全一致。

“天关”卫星早期的这些发现表明了它强大的能力，也预示着其在未来所能发挥的巨大作用和产生的巨大影响，它标志着X射线时域天文领域进入了新的时代。

3. “旅行者2号”飞越天王星：不凑巧的观测时机

目前我们对天王星的大部分了解，都来自美国国家航天局的“旅行者2号”所收集的数据。38年前，这艘探测器飞越过这颗冰质巨行星，为人类提供了第一次（也是迄今为止唯一一次）近距离观察这个太阳系第七颗行星的机会。旅行者2号提供的快照，为我们展现了许多天王星的独特性质。其中，令天文学家难以解释的一个谜团来源于天王星的磁层。与其他行星的磁层相比，它非常独特，形状十分不对称，并且缺乏高能粒子，然而却具有异常强烈的辐射带。这些都与天文学家对行星磁层的了解并不相符。近期，由美国天文学家领导的国际团队，对旅行者2号在1986年获得的原始数据进行了更多的分析，发现这个谜团的根源其实是一个宇宙巧合。

简单来说，磁层是围绕行星的巨大磁场。它在行星周围充当着保护气泡，使行星免受宇宙辐射以及太阳风的冲击。来自宇宙和太阳风的高能粒子会被困在行星磁层的磁场线中，继而被集中到辐射带里。因此，天文学家通常的理解是，磁层中有着大量高能粒子，是强烈辐射带的先决条件。然而，观测到的天王星磁层让科学家们感到困惑。天王星的辐射带看起来非常强烈，其强度仅次于木星著名的辐射带。然而，天文学家没有从天王星的磁层数据中识别出高能粒子，这说明没有高能粒子源来为辐射带提供能量。为什么天王星磁层中没有高能粒子，以及什么事件使它的辐射带加强了？

此次的研究团队尤其对旅行者2号飞越天王星前的数据进行了分析，结果指向了太阳风。研究人员发现，旅行者2号飞越天王星时所收集的数据，刚好来自一次强烈的太阳风事件过后的一段时间。这说明在当时，天王星磁层正巧受到了一种不常见空间天气的影响。太阳风的巨大压力可能彻底改变了天王星的磁层，将其挤压到只有正常水平的20%左右。这种压力还可能导致天王星磁层内的高能粒子被暂时排空。此外，由于太阳风充满着高能粒子，它可以直接向磁层中注入高能粒子，来为其辐射带提供能量，使辐射带短暂地增强到令人惊讶的强度。

研究人员估计，天王星磁层处于异常挤压状态的发生概率只有4%。换句话说，我们过去几十年对天王星的理解，可能仅仅因为旅行者2号的飞越时间不凑巧，而产生了严重的偏差。研究人员表示，天王星的磁层实际上与其他气态巨行星——即木星、土星和海王星，是相似的。此次的研究结果于2024年11月11日发表在《自然天文学》杂志上。

4. 小行星撞击可能促进地球生命的繁荣

大约32.6亿年前，一颗巨大的小行星撞击了地球。人们通常认为，此次的撞击事件对地球上的生命来说是灾难性的。但是，在最新的一项研究中，由美国哈佛大学地质学家领导的团队发现，此次撞击反而意外地为一些早期生命形式的繁衍生息创造了条件，推动了生命的蓬勃发展。相关研究文章发表在2024年10月21日的《美国科学院院报》上。

提到小行星撞击地球，人们最先想到的可能是发生在6500万年前的那次著名的撞击，它导致了地球上第五次大规模的物种灭绝，其中就包括了恐龙。而此次研究的撞击被命名为S2，发生的时间要早得多，即发生在太古宙时期。太古宙是地球地质历史上四个宙中的第二个，此时地球上的生命才刚刚开始，存在的仅仅是单细胞细菌和古生菌，小行星撞击在此期间也很常见。团队将南非巴伯顿绿石带作为他们的研究地点，在这里有着太古宙时期发生的至少八次小行星撞击事件的相关记录，也包括有S2。根据估计，导致S2事件的小行星比导致恐龙灭绝的要大3倍。研究团队好奇，像S2这种剧烈的撞击事件，会如何影响生命的演化？

研究团队进行了艰苦的工作，他们徒步进入研究地点的山口，那里的沉积物证明，表面存在有撞击喷出的岩石。研究人员寻找和收集了岩石样本，通过分析和比较这些样本的沉积物、化学组成和碳同位素，他们对画面进行了重建，也就是S2小行星造访和撞击地球的那一天发生了什么。

想象一下：你站在本来非常平静的海边，然后突然间，巨大的海啸席卷而来。海啸扫过和撕裂了海床，被搅动起来的海底碎屑随着海啸冲入沿海地区。同时，撞击将物质碎屑抛入大气层，形成厚厚的尘埃云。尘埃云遮蔽了阳光，使任何光合作用都停止了，这对当时通过光合作用获取能量的简单生物来说是个灾难。

然而，细菌会经受住这场考验，迅速从撞击中恢复过来。研究人员发现，在S2撞击事件后，铁代谢细菌和磷代谢细菌经历了种群数量的急剧增加。一方面，这是因为铁元素从深海中被搅动了出来，并被海啸带到了浅水水域甚至陆地。另一方面，小行星本身含有的磷元素、以及撞击增加的陆地区域的风化和侵蚀，都大幅增加了磷元素的含量。此次撞击事件实际上为地球上的生命带来了一线希望，是地球早期生命进化中的一块关键拼图。

5. “失败恒星”也可以拥有行星

“失败恒星”也会拥有原行星盘吗？近期，结合哈勃空间望远镜和韦布空间望远镜的观测数据，一个国际天文学家团队确认，之前在猎户座星云中发现的一些原行星盘，它们的中心实际上是一颗“失败恒星”，即褐矮星。这是首次证实原行星盘围绕着褐矮星。研究文章已经被《天文学报》接收，将于近期发表。

恒星诞生于宇宙间巨大的气体和尘埃云中，这些云的宽度可达数光年，被称为星云。几十年来，天文学家一直认为，在星云中恒星诞生后不久，行星就会在围绕新生恒星的气体和尘埃盘中诞生，而这个盘被称为原行星盘。猎户座星云距离地球仅不到1400光年，是距离地球最近的大型恒星形成区，拥有约2000颗新生恒星，是研究恒星形成、原行星盘和行星形成的理想区域。

由于年轻恒星发出的强烈紫外辐射，原行星盘会被紫外照亮，望远镜就可以拍到其异常精细的照片。实际上，在1990年发射升空后不久，哈勃空间望远镜就对猎户座星云的进行了观测，得到了原行星盘非常清晰的直接图像。这些图像是哈勃空间望远镜的首批重大发现之一。事实上，天文学家已经通过哈勃的图像发现，一些原行星盘的中心似乎确实存在着非常暗弱的天体，它们很可能是褐矮星。

褐矮星像普通恒星一样，在巨大的气体和尘埃云中形成。然而，它们无法聚集足够的质量来触发核心的核聚变反应，因此得到了“失败恒星”这一绰号。褐矮星的质量通常是木星质量的13-75倍，是太阳质量的0.13-0.75倍，温度很低且非常暗弱，会发出微弱的红外辐射。

虽然利用哈勃图像推测了一些原行星盘中心存在褐矮星，但当时的天文学家缺乏必要的数据来确认，这些暗弱的天体确实具有褐矮星的低温。天文学家需要更灵敏的红外望远镜来进行此类测量。韦布空间望远镜于2021年12月发射，是迄今为止最灵敏的红外望远镜，非常适合测量猎户座星云中原行星盘中心部位暗弱天体的温度。研究团队使用韦布的近红外光谱仪，对一小部分可能拥有褐矮星的原行星盘进行了红外光谱测量。韦布的观测数据证实，至少20个候选体的温度足够低，可以视为褐矮星。其中最小的一个褐矮星，其质量只有太阳质量的0.05倍，是木星质量的5倍。此次研究首次证实了褐矮星周围拥有原行星盘。

韦布的新观测只是触及了褐矮星原行星盘的冰山一角。基于韦布未来更多的观测，将帮助天文学家填补褐矮星与行星关系的知识空白。

6. 快速射电暴更多地存在于大质量产星星系

每天，神秘的宇宙闪光——快速射电暴（FRB）在天空中不断爆发。FRB在几毫秒内释放的能量相当于太阳在一天内的释放，是宇宙中最剧烈的能量爆发之一。天文学家一直在追寻FRB的起源。越来越多的证据表明，FRB可能来源于磁星。然而，天文学家不管对FRB还是磁星都还知之甚少。最近，由加州理工学院的天文学家领导的团队，对FRB宿主星系进行了开拓性的统计研究，引发了对FRB和磁星的进一步认识。《自然》杂志于2024年11月6日发表了此次的研究文章。

此次的研究始于加州理工学院的FRB搜寻项目，旨在利用射电望远镜阵，也就是DSA-110来探测FRB，并对它们进行直接定位。到目前为止，DSA-110已经探测并定位了70个FRB，同时明确了它们的宿主星系，这大大增加了FRB宿主星系的样本。相比之下，利用其他望远镜明确的FRB宿主星系数量只有23个。在此次的研究中，团队人员分析了DSA-110所探测到的其中30个FRB、以及它们的宿主星系。

结果表明，FRB往往更频繁地出现在大质量的产星星系中，而不是小质量的。这个发现令研究团队惊讶，因为天文学家此前认为，FRB会在所有类型的活动星系中无偏差地爆发。那么此次的新结果揭示了有关FRB起源的什么信息呢？

大质量星系往往富含金属（比氢和氦更重的元素）。FRB在这些富金属星系中更加常见，意味着FRB的来源——磁星，在富金属星系中也更加常见。反过来说，富含金属的环境可能更有利于磁星的形成。对于磁星的起源，天文学家通常会将其与核心坍缩超新星联系起来，但尚不确定是什么因素决定了哪些核心坍缩超新星会形成磁星。

富金属大质量星系中拥有大量富金属大质量恒星。天文学家已经发现，84%的大质量恒星都处在双星系统中。而富金属恒星会更蓬松，更容易填满其洛希瓣，从而导致不稳定的质量转移，并且可以有效的推进双星并合。尽管单个大质量恒星没有强磁场，但是双星并合后的残留天体，被认为具有成为磁星所需的磁场强度——这是地球磁场强度的数百万亿倍。此后残留天体发生核心坍缩、超新星爆发，从而形成磁星，产生FRB。此次的研究结果向天文学家暗示，磁星更可能来源于双星并合后的核心坍缩超新星爆发，而非单颗恒星的核心坍缩超新星爆发。这为天文学家揭示了更多有关FRB和磁星起源的信息。

（责任编辑　卢瑜） gq6EXcWRe69haQNpTez77jctT1iwl7XnyYUn2HfGKx1q5gB2w43I9bxB3cYjGS7E