可观测Universe 第148章 GRO J0422＋32

GRO J0422 32（类黑洞）

· 描述：可能的质量最小的黑洞

· 身份：英仙座的一个X射线双星系统，包含一个候选黑洞，距离地球约8,500光年

· 关键事实：其中心致密天体的质量估计仅为3-5倍太阳质量，处于理论上的中子星与黑洞质量间隙。

GRO J0422 32：英仙座里的“宇宙秤砣”（第一篇幅·发现与质量之谜）

英国剑桥大学天文研究所的深夜，计算机屏幕的蓝光映着我和同事汤姆疲惫的脸。窗外飘着细雨，我们盯着ROSAT卫星传回的X射线数据——英仙座方向那个代号“GRO J0422 32”的光源，亮度曲线像被谁猛地揪了一把，在30分钟内暴涨100倍，又用两小时跌回原样。“这哪是普通X射线源，”汤姆指着屏幕上尖锐的峰值，“它在‘尖叫’，像饥饿的野兽在抢食。”

这个“尖叫的野兽”，是人类发现的首个可能质量最小的黑洞。它藏在一个X射线双星系统里，距离地球8500光年，伴星是一颗普通恒星。更惊人的是，它中心致密天体的质量仅3-5倍太阳质量，正好卡在“中子星与黑洞的质量间隙”里——理论上，中子星最多3倍太阳质量，黑洞至少5倍，中间本应是“禁区”。而我们，作为1992年参与首次质量测算的年轻研究员，将用这个故事，带你走进那个“宇宙秤砣”的发现现场，看天文学家如何用“引力天平”称量黑洞，又如何用这个“异常”改写天体物理学的教科书。

一、“X射线尖叫”的意外捕获：从“宇宙噪音”到“特殊源”

GRO J0422 32的故事，始于1990年德国发射的ROSAT卫星。这颗太空望远镜的使命是扫描全天X射线源，像“宇宙听诊器”般监听恒星的“高能心跳”。起初，GRO J0422 32只是 catalog 里一个不起眼的“弱源”，编号1RXS J0423.2 3152，亮度比满月还暗100万倍，无人问津。

1. 1992年的“亮度暴动”

转折发生在1992年8月。ROSAT的警报系统突然响起：GRO J0422 32的X射线亮度在24小时内暴涨1000倍，成为当时天空中最亮的X射线源之一。“这像安静的池塘突然炸开锅，”项目组长马丁教授回忆，“我们以为是超新星爆发，但光谱不对——超新星的X射线会持续衰减，它却在几天内恢复原样。”

我和汤姆立刻启动“多波段联动观测”：用光学望远镜追踪伴星（当时未知），用射电望远镜监听同步辐射（黑洞喷流的信号）。结果发现，伴星是一颗橙红色恒星（光谱型K型），正以10.4小时为周期绕一个“不可见天体”旋转——这是典型的X射线双星系统：可见恒星的气体被致密天体吸积，在下落过程中摩擦生热，释放出X射线“尖叫”。

2. “不可见天体”的身份疑云

X射线双星中的“不可见天体”通常是白矮星、中子星或黑洞。如何区分？看质量。白矮星质量＜1.4倍太阳（钱德拉塞卡极限），中子星1.4-3倍（奥本海默-沃尔科夫极限），黑洞＞3倍。GRO J0422 32的伴星质量为0.8倍太阳，通过“径向速度法”（测量伴星因引力拉扯的摆动），我们算出致密天体的质量下限是3.6倍太阳——刚好超过中子星上限，却没达到传统黑洞下限。

“这不可能！”汤姆在组会上拍桌子，“要么是观测误差，要么我们的理论错了。”我们反复核对数据：伴星的轨道速度（280公里/秒）、轨道倾角（45°）、周期（10.4小时），所有参数都指向同一个结论——这个“不可见天体”是个“小黑洞”，或者是个“超重中子星”。

二、X射线双星：宇宙中的“引力舞伴”

要理解GRO J0422 32的特殊，得先认识它的“家”——X射线双星系统。这类系统像宇宙中的“双人舞”：一颗是可见的普通恒星（像伴舞），另一颗是致密天体（黑洞或中子星，像领舞），两者通过引力“绑”在一起旋转。

1. “气体吸积”的宇宙盛宴

GRO J0422 32的伴星是一颗“慷慨的舞伴”。它的大气被致密天体的引力“撕”成气体流，像瀑布般坠向对方，在距离致密天体几百万公里的“吸积盘”里堆积。气体盘内摩擦生热，温度飙升至1000万℃，释放出强烈的X射线——这就是我们看到的“尖叫”。

“吸积盘像宇宙火锅，”我比喻，“气体在里面‘涮’得滚烫，再‘吐’出来变成X射线。锅越大（吸积盘越厚），火越旺（亮度越高）。”1992年的“亮度暴动”，正是伴星气体流突然增强的结果——可能是一颗恒星“路过”时扰动了伴星大气，像往火锅里倒了桶油。

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