图1 左图：直方图为观测的中子星（NS）与黑洞（BH）的质量分布。不同颜色的线代表了不同恒星演化理论预期的中子星和黑洞质量分布。Credit：Belczynsk et al. (2012）。右图：LIGO发现的GW190425和GW230529。GW190425并合后的残余质量在3.1到3.5倍太阳质量之间，而GW230529并合前其中一颗天体的质量在2.5到4.5倍太阳质量之间。Credit: S. Galaudage。

研究人员基于LAMOST的光谱数据和Gaia的天体测量数据，在双星系统G3425中发现了一例小质量恒星级黑洞（图2）。该双星系统中，可见星为一颗质量约为2.7倍太阳质量的红巨星，而不可见星的质量约为3.6倍太阳质量（3.1到4.4倍太阳质量之间）。光谱分解显示，除了红巨星的光谱外，G3425中不包含来自其它成分的光谱，有力证明了该不可见天体为一颗黑洞，也证明了包含小质量黑洞的双星系统是可以存在的。结合引力波等方法发现的小质量黑洞系统，研究人员认为质量间隙可能是由于单一观测方法造成的选择效应。

图2：G3425双星想象图，包含一颗可见的红巨星和一颗不可见的小质量恒星级黑洞（王松绘）。

更为奇特的是，G3425系统的轨道周期约为880天，轨道椭率接近为0（图3）。如此宽圆轨道的双星形成机制对当前的双星演化和超新星爆炸理论提出了挑战：

（1）与Gaia BH1和BH2两颗黑洞相似，双星轨道太宽，无法通过共同包层演化形成。数值模拟表明，要形成类似于G3425的宽轨道，必须采用较高的共同包层抛射效率。

（2）不同于Gaia BH1和BH2，G3425表现出一个令人惊讶的圆形轨道。G3425中黑洞的低质量表明需要抛掉大量物质，这可能使得双星系统解体或者拥有很高的离心率，而在宇宙年龄（即哈勃时间）内，该双星系统无法通过潮汐作用使得轨道变为圆形。同样，G3425无法通过黑洞对巨星的动力学捕获形成。

图3：（a）视向速度数据拟合。（b）天体测量数据拟合。（c）G3425与其它恒星级黑洞在质量—轨道周期分布的比较。

还有其它关于形成的解释吗？G3425起初可能是一个三星系统，观测到的巨星位于最外层，内双星则包含两颗大质量恒星。现今的黑洞是内双星经过长期演化后并合的结果。甚至，G3425的不可见天体可能仍然包含两颗小质量的致密天体。在这种情况下，它将是双中子星或中子星与白矮星并合的候选体，未来可以通过引力波观测来探测其并合事件。

G3425的发现证明结合视向速度与天体测量方法可以有效发现隐藏于双星中的宁静致密天体。G3425是从观测了14.6亿颗天体的Gaia DR3数据中选出来的，这仅覆盖了银河系恒星的1/100，表明在银河系中可能存在数百个这样的系统。未来的光谱和天体测量观测，尤其是即将发布的Gaia DR4，有助于发现多种参数空间的小质量黑洞双星族群，并为双星系统的形成和演化、致密天体形成等提供深入的理解。

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