可观测Universe 第20章 SS 433

SS 433（微类星体）

· 描述：一个奇特的恒星质量黑洞系统

· 身份：位于天鹰座的双星系统，包含一个黑洞和一颗普通恒星，距离地球约18,000光年

· 关键事实：以每秒26%光速喷射物质，呈现独特的螺旋喷流结构，是研究相对论性喷流的天然实验室。

SS 433：光年外的“相对论性喷流实验室”——微类星体的“宇宙喷泉”与黑洞物理的“活教材”（第一篇）

引言：当黑洞“吐出”光速的螺旋——宇宙中最奇特的喷流系统

在天鹰座（Aquila）的星空中，一颗编号为SS 433的天体，正上演着宇宙中最震撼的“喷流表演”：一颗恒星被黑洞撕裂，残骸以26%光速（约7.8万公里/秒）的速度，沿着螺旋轨迹喷射向宇宙；喷流长度超过10万天文单位（约1.5光年），像一根发光的“宇宙丝带”，在射电、光学、X射线波段都留下清晰的痕迹。

这个被称为“微类星体”（Microquasar）的系统，是人类发现的第一例恒星质量黑洞驱动的相对论性喷流。它的存在，打破了“只有星系级黑洞才能产生巨大喷流”的认知，成为研究黑洞吸积、相对论性喷流形成、磁流体动力学的“天然实验室”。

在第一篇幅里，我们将从SS 433的“发现之谜”开始，拆解它的“双星身份”、喷流的“速度与结构”、形成的“物理机制”，以及它给天文学带来的“认知革命”。这不是一颗普通黑洞的故事——它是一面“宇宙镜子”，映照出黑洞如何将引力能转化为喷流的动能，如何将混乱的吸积物质梳理成有序的螺旋，如何在光年外，向人类展示相对论性喷流的“诞生密码”。

一、发现之旅：从“异常光谱”到“微类星体”的认知突破

SS 433的故事，始于1970年代射电天文学的“异常信号”——当天文学家将望远镜对准天鹰座时，一个“会移动的射电源”引起了他们的注意。

1.1 射电观测的“异常：宽发射线与位置漂移

1978年，美国天文学家布鲁斯·马贡（Bruce Margon）团队通过甚大阵射电望远镜（VLA）观测天鹰座，发现一个编号为SS 433的射电源，其光谱中存在异常宽的发射线（宽度达10,000公里/秒）。更奇怪的是，这个源的位置随时间缓慢变化——每13天，它的射电辐射中心会偏移约0.1角秒。

这种“宽发射线 位置漂移”的组合，立即引发了天文学家的猜测：

- 宽发射线通常来自高速运动的物质（比如吸积盘或喷流）；

- 位置漂移可能意味着源本身是一个双星系统，两个天体绕共同质心旋转，导致辐射中心周期性变化。

1.2 光学与X射线的“实锤”：黑洞-恒星双星确认

1979年，光学观测证实了马贡的猜测：SS 433的光学光谱中，不仅有宽发射线（来自氢、氦等元素的跃迁），还存在“双峰结构”——两条对称的宽线，分别对应物质向地球运动（蓝移）和远离地球（红移）。这种双峰结构，是双星系统中吸积盘物质高速旋转的典型特征。

同年，钱德拉塞卡X射线卫星（哦不，是1978年发射的“爱因斯坦天文台”）的X射线观测进一步揭示：SS 433的X射线辐射来自一个高温吸积盘（温度约10?K），盘的中心有一个“致密天体”——黑洞。

至此，SS 433的身份被彻底确认：一个由恒星质量黑洞（~10倍太阳质量）和一颗B型主序星（~3倍太阳质量）组成的双星系统，黑洞正在吸积伴星的物质，并产生高速喷流。

1.3 命名与定位：“微类星体”的诞生

1980年，天文学家将这类“恒星质量黑洞 相对论性喷流”的系统命名为“微类星体”（Microquasar）——对应星系级的“类星体”（Quasar），但尺度小10?-10?倍。SS 433作为第一个被确认的微类星体，成为这一类天体的“原型”。

二、基本身份：天鹰座的“黑洞-恒星搭档”

要理解SS 433的喷流，必须先明确它的“双星系统属性”——这是一切物理过程的起点。

2.1 轨道参数：13天的“死亡之舞”

SS 433的双星系统，由两个天体组成：

- 黑洞（主天体）：质量约10倍太阳质量（10M☉），半径约30公里（史瓦西半径~30公里），自转速度约0.5倍光速（通过喷流准直性推断）；

- 伴星（次天体）：一颗B型主序星（光谱型B5-B8），质量约3倍太阳质量（3M☉），半径约3倍太阳半径，表面温度约1.5万K。

两者的轨道周期仅13.08天，轨道半长轴约0.2天文单位（约3×1011米，相当于水星到太阳距离的1/5）。这种“贴脸”轨道，意味着伴星的物质会被黑洞的潮汐力撕裂，形成吸积盘。

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