逐漸靠近的雙星天體及黑洞合并路徑探究

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主譯：梁晨

校對(duì)：畢逸飛

審核：牧夫天文校對(duì)組

美編：張一帆

后臺(tái)：王啟儒

https://www.nao.ac.jp/news/science/2026/20260605-cfca.html

由“阿弖(hù)流為III”模型計(jì)算得出的雙星周圍氣體的分布情況。藍(lán)色標(biāo)記的氣體代表環(huán)繞雙星的圓盤，而紅色標(biāo)記的氣體則代表環(huán)繞每顆恒星的圓盤。兩個(gè)深灰色的球體則表示雙星的位置。從恒星垂直延伸出來的綠色結(jié)構(gòu)，則代表了從恒星中釋放出的氣體（這類氣體被稱為“外流物”或“噴流”）。在那些外流物的核心處，還標(biāo)出了磁力線。（圖片來源：Matsumoto, Hotokezaka, Inayoshi 2026）

在宇宙中，存在著許多由兩個(gè)天體相互繞轉(zhuǎn)而成的“雙星系統(tǒng)”。超級(jí)計(jì)算機(jī)通過模擬，展現(xiàn)了這類天體是如何逐漸縮短彼此之間的距離的。這一研究結(jié)果被認(rèn)為不僅與恒星有關(guān)，也與巨大黑洞的合并過程有著密切關(guān)聯(lián)。

像太陽這樣的恒星，并不一定都是單獨(dú)形成的，有時(shí)候會(huì)有兩顆或更多的恒星以雙星的形式一同誕生。不過，那些彼此距離很近的雙星，究竟是如何靠得這么近的，一直是個(gè)未解之謎。要讓兩個(gè)天體靠得更近，就必須降低它們的旋轉(zhuǎn)速度。人們認(rèn)為，構(gòu)成恒星的氣體會(huì)影響雙星的運(yùn)動(dòng)，但以往的研究表明，氣體反而有可能導(dǎo)致雙星之間的距離變大。

由法政大學(xué)、東京大學(xué)和北京大學(xué)的研究人員組成的研究團(tuán)隊(duì)，探討了當(dāng)有氣體從外部流入雙星系統(tǒng)時(shí)，若考慮雙星周圍存在的磁場(chǎng)效應(yīng)，將會(huì)發(fā)生什么情況。眾所周知，在宇宙中，磁場(chǎng)在改變氣體流動(dòng)方向方面起著重要作用。該研究團(tuán)隊(duì)利用國家天文臺(tái)專門用于天文學(xué)研究的超級(jí)計(jì)算機(jī)“阿弖流為II”和“阿弖流為III”進(jìn)行了大規(guī)模模擬，從而詳細(xì)研究了存在磁場(chǎng)時(shí)雙星周圍氣體的運(yùn)動(dòng)情況以及雙星本身的運(yùn)動(dòng)變化。

模擬結(jié)果顯示，在考慮了磁場(chǎng)效應(yīng)后的計(jì)算中，雙星之間的距離會(huì)逐漸縮小。模擬還展示了：在雙星周圍，由于磁場(chǎng)的作用而產(chǎn)生了紊亂的氣體流動(dòng)，同時(shí)氣體還會(huì)沿著磁場(chǎng)方向向上或向下流動(dòng)。這些氣體的運(yùn)動(dòng)使得雙星原有的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能被帶到外部，從而導(dǎo)致雙星之間的距離越來越近。

這一研究成果不僅適用于恒星之間的雙星系統(tǒng)，也可應(yīng)用于質(zhì)量高達(dá)太陽數(shù)百萬倍的巨大黑洞之間。當(dāng)星系相互合并時(shí)，它們中心的巨大黑洞也會(huì)形成形成一對(duì)雙黑洞系統(tǒng)。不過，要讓這對(duì)黑洞最終合并，首先需要讓它們之間的距離大幅縮小。本研究中所揭示的氣體和磁場(chǎng)的作用，為讓巨大黑洞對(duì)逐漸靠近到足以通過引力波實(shí)現(xiàn)合并的距離，提供了一條新的途徑。

這項(xiàng)研究成功完成了考慮外部流入氣體以及磁場(chǎng)效應(yīng)的模擬，從而描繪出了雙天體相互靠近的新場(chǎng)景。這一成果為用相同的物理機(jī)制來解釋看似截然不同的天體現(xiàn)象，即雙星的形成過程與巨大黑洞雙星系統(tǒng)的合并，打開了可能性。

責(zé)任編輯：甘林

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銀河系的中心區(qū)域（圖源：歐空局）

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