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18000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10000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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