一颗环绕黑洞的红巨星

我们报告了对来自 Gaia DR3 的一个休眠黑洞(BH)候选体的光谱与测光后续观测。该体系被我们称为 Gaia BH2,包含一颗 $\sim 1M_{\odot}$ 的红巨星和一个质量 $M_2 = 8.9\pm 0.3\,M_{\odot}$、极可能为黑洞的暗伴星。其轨道周期 $P_{\rm orb} = 1277$ 天,远长于任何先前研究过的黑洞双星。我们在 7 个月期间的视向速度(RV)后续观测覆盖了该轨道 RV 动态范围的 90% 以上,且与 Gaia 解的预测高度一致。UV 成像与高分辨率光学光谱排除了所有可解释该轨道的、合理的发光伴星。该恒星是一颗明亮($G=12.3$)、略偏贫金属($\rm [Fe/H]=-0.22$)的低光度巨星($T_{\rm eff}=4600\,\rm K$; $R = 7.8\,R_{\odot}$; $\log\left[g/\left({\rm cm\,s^{-2}}\right)\right] = 2.6$)。该双星轨道具有中等偏心率($e=0.52$)。这颗巨星显著增丰了 $\alpha-$元素, $\rm [\alpha/Fe] = +0.26$,但该体系的银心轨道在薄盘中属典型。我们在近心点附近获得了该源的 X 射线与射电未探测结果,支持黑洞吸积模型中视界处的净吸积率远低于 Bondi-Hoyle-Lyttleton 率的结论。距离 1.16 kpc 处,Gaia BH2 是已知第二近的黑洞,仅次于 Gaia BH1。其轨道——如同 Gaia BH1 的轨道——似乎过宽,难以通过公共包层演化形成。Gaia BH1 与 BH2 的轨道周期处于 Gaia DR3 灵敏度曲线的两端,或许暗示宽黑洞双星的本征周期分布为双峰态。像 Gaia BH1 与 Gaia BH2 这样的休眠黑洞双星数量很可能远超其密近、X 射线明亮的表亲,但其形成途径仍不确定。