识别黑洞并不是简单地在太空中找到一个空点。众所周知,这些巨大的天体可以吞噬任何可以提供它们存在的明显迹象的东西,甚至包括光。

寻找黑洞的科学家们必须依靠更多的间接证据,这些证据来自黑洞是一个混乱的吞食者的事实:当物质漏斗进入黑洞时,它会堆积成一个旋转的圆盘,由发光的碎片组成,可以喷出x射线和巨大的亚原子粒子喷流。长期以来,天文学家一直认为这些高能喷流是黑洞的名片,但对一种奇特类型恒星的类似现象的新观察表明,识别黑洞将变得更加困难。

这个黑洞冒名顶替者是一个叫做PSR J1023+0038的天体。当一颗巨大的旋转恒星死亡时,它剩下的核心——一个城市大小的由恒星灰烬组成的球被称为中子星——可以继续旋转。这种天体被称为脉冲星,因为它发出的光子和电子束像灯塔一样,使它看起来像“脉冲”一样有规律。但是PSR J1023并不是一颗普通的脉冲星,它是一颗过渡型毫秒脉冲星,它的转速可达每秒1000次。这种快速的旋转速率来自脉冲星像吸血鬼一样吞噬另一颗恒星,通过吸取附近伴星的气体使自己旋转起来。天文学家最近发现,这种情况也会导致PSR J1023偶尔喷出类似于某些黑洞的喷流。

理论学家认为,当“风”——由脉冲星旋转磁场驱动的大量粒子外流——暂时压倒PSR J1023对伴星旋转气体的强烈引力,将坠落的物质喷回太空时,就会产生喷射流。

罗马天文台的天文学家亚历山德罗·帕皮托(Alessandro Papitto)说:“它就像一个磁性弹弓。”帕皮托没有参与PSR J1023喷流的最新观测。哥伦比亚大学的天文学家Slavko Bogdanov领导了这项新的观测,他将这种情况描述为“两个(过程)具有相当威力的最佳点”。Bogdanov和他的同事同时研究了PSR J1023的x射线和美国宇航局的钱德拉x射线天文台的x射线,以及使用甚大阵列(新墨西哥沙漠中的射电望远镜网络)的射电波长。他们发现了恒星发射的x射线和无线电波之间的联系,揭示了引力和磁场之间的能量拉锯战的本质。当脉冲星产生明显的x射线时,它的射电辐射变暗——这是引力占上风时它从伴星吸积物质的迹象。相反,脉冲星的无线电明亮周期与较弱的x射线发射相关,当它的“磁弹弓”效应阻止了物质流向恒星。这项研究已提交给《天体物理学杂志》上

阐明PSR J1023是如何产生喷流的,对于将其与它所模仿的黑洞区分开来至关重要。这些黑洞大致是恒星质量的物体,由于从附近的伴星窃取了物质,也会发射x射线和射电耀斑。因为过渡型毫秒脉冲星和这些黑洞都来自于一个共同的起源——一颗大质量恒星和一个离得很近的伴星——它们都可以作为研究这类系统如何形成、演化和消亡的互补方法。当然,前提是天文学家能够轻易地将它们区分开来。麻省理工学院的天体物理学家埃琳娜·加洛(Elena Gallo)说,“对于(这些)黑洞,你有这种相对良好的趋势”,它由x射线与无线电发射的比率定义。她在21世纪初帮助确定了这种关系,但与最新的研究无关。从那以后,科学家们越来越多地依靠这种关系来轻松地将某些物体分类为黑洞还是中子星,而不需要使用昂贵的大型望远镜和稀缺的观测时间。

Bogdanov说:“最近有很多黑洞双星的候选者,都是根据它们的x射线和无线电特性确定的。”“[PSR J1023]表明,一些[天体]可能伪装成双星,但实际上可能是毫秒脉冲星。”

幸运的是,天文学家已经用这种技术识别出了几十个黑洞,其中很多不需要重新分类。根据Gallo的说法,对于质量超过太阳三倍的物体,x射线-无线电比应该是可靠的,这些物体被认为质量太大,不可能不是黑洞,她说。黑洞和毫秒脉冲星之间的界限只有在接近阈值以下的更小、更轻的物体时才会变得模糊。要想再次弄清这一点,需要新的观测策略,而不仅仅是简单的x射线-无线电比。

帕皮托说:“请继续关注,因为许多新的天体物理学和对中子星物理的理解可以来自这类系统。”