我国天文学家发现迄今最大恒星级黑洞猎手方案欲五年找到近百黑洞

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两天时刻洞见未来五年

在咱们的银河系后花园，我国天文学家发现了迄今为止质量最大的恒星级黑洞，其质量相当于 70 个太阳。

2019 年 11 月 28 日清晨，《天然》发布了我国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研讨团队的这项严重发现。他们依托我国自主研发的郭守敬望远镜（LAMOST），发现了这个迄今为止质量最大的恒星级黑洞，远超理论预言的质量上限，推翻了人们对恒星级黑洞构成的认知，然后有望推进恒星演化和黑洞构成理论的改造。

这项作业是依据 LAMOST（我国兴隆）、加纳利大望远镜（西班牙加纳利群岛）、凯克望远镜（美国夏威夷）和钱德拉 X 射线天文台（美国）的观测数据完结的。本研讨共包含 55 位作者，来自我国、美国、西班牙、澳大利亚、意大利、波兰和荷兰 7 个国家 28 家单位。

更重要的是，经过本次发现所构成的寻觅黑洞新办法，未来将有更大的发挥空间。刘继峰告知 DeepTech，国家天文台行将建议黑洞猎手方案，估量在五年内发现并丈量近百个黑洞，关于这个方针，“咱们有决心”。

黑洞“冠军”发现记

依据理论猜测，咱们的银河系中有上亿颗恒星级黑洞。

图 | LB-1的艺术幻想图 (来历：喻京川绘)

黑洞依照质量区分，一般分为恒星级黑洞（100 倍太阳质量以下）、中等质量黑洞（100-10 万倍太阳质量）和超大质量黑洞（10 万倍太阳质量以上）。

其间，恒星级黑洞是由大质量恒星逝世构成的，是世界中广泛存在的“居民”。一颗恒星演化到最终假如剩余的质量太多，大于 3 倍太阳质量，就既不能构成白矮星，也不能成为中子星，它一旦进入逝世阶段，就没有一点力气可以阻挠其在终极引力的效果下继续塌缩，终究构成细密的黑洞。

但迄今为止，天文学家仅在银河系发现了约 20 颗恒星级黑洞。为何会这么少呢？

首要因为黑洞这种奥秘天体，自身不发光，密度十分大，相当于把 10 倍于太阳质量的恒星压缩到直径为北京六环巨细的球体中。黑洞还具有超强的吸引力，任何从其身边经过的物质，就连速度最快的光也无法逃离。

人类发现黑洞的手法也很有限。经过引力波试验倾听时空的涟漪，可以推知双黑洞并合事情，但这仅适用于稀疏的双黑洞；此外，可以终究靠监测亮堂伴星的运动推知黑洞存在并丈量黑洞质量，这需求黑洞吸积盘 X 射线指引，可是只要极少数能发作 X 射线辐射。

迄今为止，银河系中简直一切的恒星级黑洞都是经过黑洞吸积伴星气体所宣告的 X 射线来辨认的。曩昔的 50 年中，人们用该种办法发现了约 20 颗黑洞，质量均在 3 到 20 倍太阳质量之间。实际上，这个办法在大多数时刻不好使，例如在黑洞双星体系中，可以宣告 X 射线辐射的只占一小部分。

2016 年秋季开端，国家天文台领导的研讨团队使用 LAMOST 展开双星课题研讨，在两年里，监测了一个小天区内 3000 多颗恒星。

在一个 X 射线辐射安静的双星体系中，一颗“走位拉风”的 B 型星引起了研讨人员的重视，这颗星表现出规则地周期性运动和不同寻常的光谱特征。

研讨人员置疑这颗 B 型星背面一定有故事，它到底在绕着看不见的“谁”运动? 莫非是黑洞！

为了进一步验证本相，研讨人员随即申请了西班牙 10.4 米加纳利大望远镜（GTC）的 21 次观测和美国 10 米凯克望远镜（Keck）的 7 次高分辨率观测，进一步承认它是 B 型星。

依据光谱信息，研讨人员核算出 B 型星的金属丰度约为 1.2 倍太阳丰度，质量约为 8 倍太阳质量，年纪约为 35 百万年，间隔咱们 1.4 万光年。依据 B 型星和Hα发射线的速度振幅之比，研讨人员核算出该双星体系中存在一个质量约为 70 倍太阳质量的不行见天体，它只能是黑洞。

为了留念 LAMOST 在发现这颗巨大恒星级黑洞上做出的奉献，天文学家给这个包含黑洞的双星体系命名为 LB-1。

与其他已知的恒星级黑洞不同，LB-1 从未在任何 X 射线观测中被探测到，这个黑洞和它的伴星相距较远。

研讨人员用美国钱德拉 X 射线天文台对该源进行观测，发现这颗新发现的黑洞对其伴星吸积十分弱小，是一个“安静温文”的恒星级黑洞“冠军”。

进入理论“禁区”

现在恒星演化理论预言，在太阳金属丰度下只能构成最大为 25 倍太阳质量的黑洞。这颗新发现黑洞的质量到达 70 倍太阳质量，已确认进入了现有恒星演化理论的“禁区”。

据刘继峰剖析称，这或许意味着有关恒星演化构成黑洞的理论将被逼改写，或许曾经某种黑洞构成机制被忽视。

LB-1中的黑洞或许不是由一颗恒星坍缩构成的。研讨人员猜测，LB-1 开端是一个三体体系，观测到的 B 型星坐落最外轨迹，是质量最小的组成部分，而现在的黑洞是由开端内部的双星构成的双黑洞并合而成。在这种景象下，该体系将是黑洞并合事情的绝佳候选体，并为研讨三体体系中双黑洞构成供给了绝无仅有的试验室。

因为对现有理论的巨大应战，三年来，研讨团队重复查看、琢磨，阅历了无比严厉的审稿进程。刘继峰称，“Nature 审稿人提了巨多的问题”。

LIGO 台长大卫·雷茨谈论，“在银河系内发现 70 倍太阳质量的黑洞，将迫使天文学家改写恒星级黑洞的构成模型。这一特殊的效果，将与曩昔四年里美国激光干与引力波天文台（LIGO）及欧洲室女座引力波天文台（Virgo）探测到的双黑洞并合事情一同，推进黑洞天体物理研讨的复兴”。

在这项研讨中，LAMOST 在两年里共做了 26 次观测，累积曝光时刻约 40 个小时。

刘继峰表明，相同是 4 米的有用通光口径，假如使用一架一般望远镜来寻觅这样一颗黑洞，相同的几率下，则需求 40 年的时刻——这充沛体现出 LAMOST 超高的观测功率。

图 | LB-1 和引力波并合事情、X 射线办法发现的黑洞的质量散布

在发布会上，刘继峰宣告将发动黑洞猎手方案，估量五年内发现并丈量近百个黑洞。

这个方针是不是过于激进了？刘继峰告知 DeepTech，“首个黑洞用时这么长，是要树立办法论，现在有办法论了，首要看观测才能。现在资源现已安排妥当了。”据悉，现在国内外的多个团队都热心肠参加其间，奉献出观测时刻。

现在，LAMOST 开端监测四个其他天区。使用 LAMOST 极高的观测功率，天文学家有望发现一大批“深藏不露”的黑洞，创始批量发现黑洞的新纪元。

小材料：双星体系与黑洞

恒星和与之相对应的星系诞生于世界中的尘土团（比方各种星云），而当一颗质量大于约 1.5 倍太阳质量的恒星在迎来其生命的完结时，便会演化为中子星或黑洞，一般质量小于 2 到 3 倍太阳质量的恒星会演化为中子星，而质量超出这一规模的恒星则会因为构成其的中子与中子间效果力不再能反抗强壮引力所形成的向内陷落，终究变成黑洞。

因为黑洞自身的物理性质，黑洞的本体对咱们来说是不行见的，因而，咱们便只能经过观测与之相互效果的周边天体来判别某一区域中是不是真的存在黑洞，并核算包含其质量在内的各种信息，而在一切的天体体系中，双星体系（内有两颗恒星相互绕对方运动）当属在对黑洞的观测难度上较低的一类。

一般来说，正常的观测操作可被大体分为五步，首要，在确认一个双星体系为研讨目标后，科学家们需求经过足量的观测确认该体系的轨迹周期，然后对双星体系内的可见恒星的光谱进行研讨，使用多普勒效应确认可见恒星的轨迹速度和轨迹半径，并以此对可见恒星的质量进行估量，然后再用归纳以上信息算出的体系总质量减去可见恒星的估量质量得出不行见星的质量，最终将结果与现有恒星演化理论所给出的数据进行比较，一般核算结果假如大于 3 倍太阳质量该不行见星就可被以为是黑洞，而小于三倍太阳质量的则有很大的或许是中子星。

历史上比较闻名的两个比如是 Cygnus X-1 和 V404 Cygni，其间 Cygnus X-1 因为被观测到有强 X 射线被射出（一般在周围物质落入黑洞时会被不断加快并被撕碎从而发作电离，放出 X 射线），早在 1972 年就被划为是存在黑洞的候选体系之一，科学家们在随后对该体系中可见蓝巨星（质量约为 25 倍太阳质量）的观测中，通对观测数据做多元化的剖析，用上述办法得出该体系中的不行见星质量高达约 8 到 10 倍太阳质量，远超中子星的质量规模，因而被许多天文学家以为该体系中的不行见星的本体或许便是一个黑洞。

而 V404 Cygni 则是 X 射线放射强度不均衡的体系代表，科学家们经过对其进行长时间盯梢观测，总算在 1989 年观测到因忽然吸入很多物质而放出的高强 X 射线（约为该体系正常数值的 200 倍），并结合此前的观测信息，算出该体系内抛去重约 12 倍太阳质量的可见星，其内的不行见星质量约为 8 到 15.5 倍太阳质量，因而很或许是一个黑洞。

而此次我国科研团队用 LAMOST 所发现的这颗双星体系内的"黑洞"在质量上远超一切已知相似体系内的黑洞质量，而该黑洞存在的现实也无疑将能协助科学家们更好地完善咱们现有的恒星演化理论，乃至是提出新的假定。

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