LB-1 中國天文學(xué)家依托郭守敬望遠(yuǎn)鏡在雙星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)迄今最大恒星級黑洞 _中國

中國天文學(xué)家依托郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）在雙星系統(tǒng)（LB-1）中發(fā)現(xiàn)迄今最大恒星級黑洞（藝術(shù)想象圖喻京川繪）

雙星系統(tǒng)LB-1和引力波并合事件、X射線方法發(fā)現(xiàn)的黑洞的質(zhì)量分布。
（）據(jù)武漢大學(xué)（通訊員張一飛）：還記得今年4月人類史上首張面世的黑洞照片嗎？這一由200多名科研人員歷時10余年、從四大洲8個觀測點“捕獲”的視覺證據(jù)，首次將這個只存在于理論中的天體呈現(xiàn)在人們面前，引發(fā)了全世界對黑洞的廣泛關(guān)注。
天文學(xué)家根據(jù)黑洞質(zhì)量的不同，將黑洞大致分為恒星級黑洞、中等質(zhì)量黑洞和超大質(zhì)量黑洞。理論預(yù)言，銀河系中有上億顆恒星級黑洞。但是迄今為止，天文學(xué)家在銀河系中僅發(fā)現(xiàn)約20顆恒星級黑洞，而且都是通過黑洞吸積伴星氣體所發(fā)出的X射線來識別的，質(zhì)量均小于20個太陽質(zhì)量。因此，發(fā)展新的方法來發(fā)現(xiàn)數(shù)量巨大、且無X射線輻射的黑洞，是擺在科學(xué)家面前的一個亟待解決的難題。
武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授王偉的研究團隊，與中國科學(xué)院國家天文臺教授、武漢大學(xué)珞珈講座教授劉繼峰的研究團隊等國內(nèi)外天文學(xué)家，日前在合作研究中有一項重大發(fā)現(xiàn)：他們依托我國自主研制的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST），發(fā)現(xiàn)了一顆迄今為止質(zhì)量最大的恒星級黑洞，并提供了一種利用LAMOST巡天優(yōu)勢尋找黑洞的新方法。
這顆70倍太陽質(zhì)量的黑洞遠(yuǎn)超理論預(yù)言的質(zhì)量上限，顛覆了人們對恒星級黑洞形成的認(rèn)知，勢必推動恒星演化和黑洞形成理論的革新。
北京時間11月28日凌晨，國際頂尖科學(xué)期刊《自然》發(fā)布了他們的合作成果。論文題為“A wide star-black-hole binary system from radial-velocity measurements”（《徑向速度測量發(fā)現(xiàn)寬軌道黑洞雙星系統(tǒng)》）。劉繼峰是第一作者和通訊作者，署名單位是國家天文臺和武漢大學(xué)-國家天文臺聯(lián)合天文中心；王偉是合作作者，署名單位是武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院和武漢大學(xué)-國家天文臺聯(lián)合天文中心。
LAMOST是我國自主研制、全世界光譜獲取率最高的光譜望遠(yuǎn)鏡，2019年成為全球首個獲取光譜數(shù)突破千萬的光譜巡天項目，在這次科學(xué)發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮了巨大作用。2016年秋季開始，以國家天文臺為首的研究團隊利用LAMOST開展雙星課題研究，對一個小天區(qū)內(nèi)3000多顆恒星進(jìn)行了歷時兩年半的長期監(jiān)測。在兩年半的時間內(nèi)，LAMOST共為這項研究做了26次觀測，累積曝光時間約40個小時。
研究人員發(fā)現(xiàn)，在一個X射線輻射寧靜的雙星系統(tǒng)（LB-1）中，一顆質(zhì)量是太陽八倍的藍(lán)色恒星在繞著一個看不見的天體做周期性運動，其不同尋常的光譜特征表明那個看不見的天體極有可能是一顆黑洞。研究人員隨即通過西班牙10.4米加納利大望遠(yuǎn)鏡和美國10米凱克望遠(yuǎn)鏡，進(jìn)一步確認(rèn)了LB-1的光譜性質(zhì)，并計算出黑洞質(zhì)量是太陽的70倍。
目前，恒星演化模型只允許在太陽金屬豐度下形成最大為25倍太陽質(zhì)量的黑洞。這顆新發(fā)現(xiàn)黑洞的質(zhì)量已經(jīng)進(jìn)入了現(xiàn)有恒星演化理論的“禁區(qū)” 。
美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）臺長大衛(wèi)•雷茨評論，“在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)70倍太陽質(zhì)量的黑洞，將迫使天文學(xué)家改寫恒星級黑洞的形成模型。這一非凡的成果，將與過去四年里美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）及歐洲室女座引力波天文臺（Virgo）探測到的雙黑洞并合事件一起，推動黑洞天體物理研究的復(fù)興” 。接下來，利用LAMOST極高的觀測效率，天文學(xué)家有望再發(fā)現(xiàn)一大批深藏不露的“平靜態(tài)”黑洞，開創(chuàng)黑洞批量發(fā)現(xiàn)的新紀(jì)元。
武漢大學(xué)-國家天文臺聯(lián)合天文中心是武漢大學(xué)與中國科學(xué)院國家天文臺聯(lián)合成立的一個開放的合作平臺。中心通過組織學(xué)術(shù)活動加強雙方的科研合作和學(xué)術(shù)交流，推動課題的聯(lián)合與交叉研究，推進(jìn)雙方合作參與國家重大和重點項目的研究工作，旨在打造成為國內(nèi)一流天文學(xué)科研平臺。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1766-2
相關(guān)報道：中國天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)迄今最大恒星級黑洞
（）據(jù)中國青年報客戶端北京11月28日電（中國青年報·中國青年網(wǎng)采訪人員邱晨輝）：終于，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了迄今為止質(zhì)量最大的恒星級黑洞。今天，中國科學(xué)院國家天文臺在北京發(fā)布了這個由該臺劉繼峰、張昊彤研究團隊完成的重大發(fā)現(xiàn) ，這一依托我國自主研制的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）發(fā)現(xiàn)的黑洞，有70個太陽那么重，遠(yuǎn)超理論預(yù)言的質(zhì)量上限，顛覆了人們對恒星級黑洞形成的認(rèn)知。
北京時間11月28日凌晨，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）在線發(fā)表了這一成果的論文。
黑洞是一種本身不發(fā)光的神秘天體，任何物質(zhì)，包括光也無法從它身邊逃離。根據(jù)質(zhì)量的不同，黑洞一般分為恒星級黑洞、中等質(zhì)量黑洞和超大質(zhì)量黑洞。這其中，恒星級黑洞是由大質(zhì)量恒星死亡形成的，是宇宙中廣泛存在的“居民” 。理論預(yù)言銀河系中有上億顆恒星級黑洞，但迄今為止，天文學(xué)家僅在銀河系發(fā)現(xiàn)了約20顆恒星級黑洞——而且都是通過黑洞吸積伴星氣體所發(fā)出的X射線來識別的、質(zhì)量均小于20倍太陽質(zhì)量的黑洞。
找到新的方法，發(fā)現(xiàn)數(shù)量巨大、沒有X射線輻射的黑洞，成了天文學(xué)界近年來研究的熱點和難點。
2016年秋季開始，中科院國家天文臺領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊利用LAMOST開展雙星課題研究，歷時兩年監(jiān)測了一個小天區(qū)內(nèi)3000多顆恒星。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一個X射線輻射寧靜的雙星系統(tǒng)（LB-1）中，一顆8倍太陽質(zhì)量的藍(lán)色恒星，圍繞一個“看不見的天體”做著周期性運動。不同尋常的光譜特征表明，那個“看不見的天體”極有可能是一顆黑洞。
研究人員隨即進(jìn)行了“確認(rèn)”：他們通過西班牙10.4米口徑加納利大望遠(yuǎn)鏡和美國10米口徑凱克望遠(yuǎn)鏡，進(jìn)一步確認(rèn)了LB-1的光譜性質(zhì)，計算出該黑洞的質(zhì)量大約是太陽的70倍。
值得一提的是，在兩年之久的監(jiān)測時間里，LAMOST共為這項研究做了26次觀測，累積曝光時間約40個小時。劉繼峰說，如果利用一架普通四米口徑望遠(yuǎn)鏡來尋找這樣一顆黑洞，同樣的幾率下，則需要40年的時間——這充分體現(xiàn)出LAMOST超高的觀測效率。
從2015年起，美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）通過探測引力波的方法發(fā)現(xiàn)了數(shù)十倍太陽質(zhì)量的黑洞；2017年，雷納·韋斯、基普·索恩和巴里·巴里什因在LIGO的建造和引力波探測方面的貢獻(xiàn)被授予諾貝爾物理學(xué)獎。
LIGO臺長大衛(wèi)·雷茨對如今這一最新成果評論道：“在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)70倍太陽質(zhì)量的黑洞，將迫使天文學(xué)家改寫恒星級黑洞的形成模型。這一非凡的成果，將與過去四年里美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）及歐洲室女座引力波天文臺（Virgo）探測到的雙黑洞并合事件一起，推動黑洞天體物理研究的復(fù)興。”
據(jù)劉繼峰研究團隊介紹，目前恒星演化模型只允許在太陽金屬豐度下，形成最大為25倍太陽質(zhì)量的黑洞，而這顆新發(fā)現(xiàn)黑洞的質(zhì)量，已經(jīng)進(jìn)入了現(xiàn)有恒星演化理論的“禁區(qū)” 。接下來，利用LAMOST極高的觀測效率，天文學(xué)家有望再發(fā)現(xiàn)一大批深藏不露的“平靜態(tài)”黑洞,開創(chuàng)黑洞批量發(fā)現(xiàn)的新紀(jì)元。
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（）據(jù)國際在線：依托我國自主研制的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST），中國科學(xué)院國家天文臺研究團隊發(fā)現(xiàn)了一顆迄今為止質(zhì)量最大的恒星級黑洞，并提供了一種利用LAMOST巡天優(yōu)勢尋找黑洞的新方法。這顆70倍太陽質(zhì)量的黑洞遠(yuǎn)超理論預(yù)言的質(zhì)量上限，顛覆了人們對恒星級黑洞形成的認(rèn)知，有望推動恒星演化和黑洞形成理論的革新。這一成果28日在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。
黑洞是一種本身不發(fā)光、密度非常大的神秘天體。它具有超強吸引力，任何物質(zhì) ，包括速度最快的光也無法從它身邊逃離。根據(jù)質(zhì)量的不同，黑洞一般分為恒星級黑洞、中等質(zhì)量黑洞和超大質(zhì)量黑洞。這其中，恒星級黑洞是由大質(zhì)量恒星死亡形成的，是宇宙中廣泛存在的“居民” 。理論預(yù)言銀河系中有上億顆恒星級黑洞，但迄今為止，天文學(xué)家僅在銀河系發(fā)現(xiàn)了約20顆恒星級黑洞——而且都是通過黑洞吸積伴星氣體所發(fā)出的X射線來識別的，質(zhì)量均小于20個太陽質(zhì)量的黑洞。找到新的方法，發(fā)現(xiàn)數(shù)量巨大、沒有X射線輻射的黑洞，成了天文學(xué)界近年來研究的熱點和難點。
2016年秋季開始，以國家天文臺為首的研究團隊利用LAMOST開展雙星課題研究，歷時兩年半監(jiān)測了一個小天區(qū)內(nèi)3000多顆恒星。結(jié)果發(fā)現(xiàn) ，在一個X射線輻射寧靜的雙星系統(tǒng)（LB-1）中，一顆質(zhì)量是太陽八倍的藍(lán)色恒星，圍繞“一個看不見”的天體做著周期性運動。不同尋常的光譜特征表明，那個“看不見的天體”極有可能是一顆黑洞。研究人員隨即進(jìn)行了“確認(rèn)”：他們通過西班牙10.4米加納利大望遠(yuǎn)鏡和美國10米凱克望遠(yuǎn)鏡，進(jìn)一步確認(rèn)了LB-1的光譜性質(zhì)，計算出該黑洞的質(zhì)量是太陽的70倍。
目前恒星演化模型只允許在太陽金屬豐度下形成最大為25倍太陽質(zhì)量的黑洞。這顆新發(fā)現(xiàn)黑洞的質(zhì)量已經(jīng)進(jìn)入了現(xiàn)有恒星演化理論的“禁區(qū)” 。美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）臺長大衛(wèi)·雷茨評論，“在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)70倍太陽質(zhì)量的黑洞，將迫使天文學(xué)家改寫恒星級黑洞的形成模型。這一非凡的成果，將與過去四年里美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）及歐洲室女座引力波天文臺（Virgo）探測到的雙黑洞并合事件一起，推動黑洞天體物理研究的復(fù)興” 。
新聞背景：
宇宙吸光器
霍金在其最后的著作《十問》中寫道， “事實有時候比小說更奇妙，黑洞最能真實地體現(xiàn)這一點，它比科幻作家想象的任何東西都更奇妙” 。1915年愛因斯坦提出廣義相對論，德國物理學(xué)家卡爾·史瓦西推導(dǎo)出了愛因斯坦場方程式的一個精確解，預(yù)示了黑洞的存在。自此人類就沒有停止過對這種神秘天體的想象和探索。1964年，天鵝座X-1因其強X射線輻射成為第一顆被發(fā)現(xiàn)的黑洞侯選體；2015年，首次探測到的引力波為黑洞的存在提供了更為具體的證據(jù)；2019年，天文學(xué)家歷時10年利用四大洲八個觀測點捕獲了黑洞的視覺證據(jù)——首張黑洞“芳容”，讓這個曾經(jīng)“看不見摸不著”的詭異天體有了一絲親和力。黑洞到底是什么，為何讓一代代天文學(xué)家為之如此著迷？本身不發(fā)光，密度非常大，具有超強的吸引力，任何從其身邊經(jīng)過的物質(zhì)，就連速度最快的光也無法逃離，這種神奇的天體就是黑洞。因此可以說，黑洞是名副其實的宇宙真空“吸光器” 。
黑洞本身不發(fā)光，天文學(xué)家又如何在茫茫宇宙中尋找到它們呢？如果黑洞與一顆正常恒星組成一個密近雙星系統(tǒng)，黑洞就會直接把恒星伴星上的氣體物質(zhì)吸過來，形成吸積盤，發(fā)出明亮的X射線光。這些X射線光如同這些物質(zhì)被黑洞吞噬前的“回光返照”，就是這一“照”成為天文學(xué)家過去這些年追尋黑洞蹤跡的強有力線索。
迄今為止，銀河系中所有恒星級黑洞都是通過黑洞吸積伴星氣體所發(fā)出的X射線來識別。過去的五十年里，人們用該種方法發(fā)現(xiàn)了約二十顆黑洞，質(zhì)量均在3到20倍太陽質(zhì)量之間。銀河內(nèi)有數(shù)以千億計的恒星，按照理論預(yù)測，銀河系中應(yīng)該有上億顆恒星級黑洞，而在黑洞雙星系統(tǒng)中，能夠發(fā)出X射線輻射的只占一小部分。當(dāng)黑洞和它的伴星距離較遠(yuǎn)時，也會表現(xiàn)出平靜溫和的一面，那對于這些平靜態(tài)（不吸積伴星氣體）的黑洞如何來搜尋呢？天文學(xué)家在發(fā)現(xiàn)這顆最大恒星級黑洞的過程中給出了全新的答案。
星星在繞“誰”運動？
2016年初，LAMOST科學(xué)巡天部主任張昊彤研究員和云南天文臺韓占文院士提出利用LAMOST觀測雙星光譜，開展雙星系統(tǒng)的研究計劃，并選擇了開普勒一個天區(qū)中的3000多個天體進(jìn)行了為期兩年之久的光譜監(jiān)測。在這其中，有一顆B型星表現(xiàn)出規(guī)律的周期性運動和不同尋常的光譜特征。這條LAMOST“眼中”的B型星光譜攜帶了非常豐富的信息，除了可以獲取它的有效溫度、表面重力、金屬豐度等重要信息外，光譜中一條近乎靜止且運行方向和B型星反相位的明線給這顆星增添了足夠的神秘感。
為了進(jìn)一步驗證這顆特殊B型星背后的真相，研究人員隨即申請了西班牙10.4米加納利大望遠(yuǎn)鏡的21次觀測和美國10米凱克望遠(yuǎn)鏡的7次高分辨率觀測，進(jìn)一步確認(rèn)了B型星的性質(zhì) 。根據(jù)光譜信息，研究人員計算出B型星的金屬豐度約為1.2倍太陽豐度，質(zhì)量約為8倍太陽質(zhì)量，年齡約為35百萬年，距離我們1.38萬光年，并計算出該雙星系統(tǒng)中存在一個質(zhì)量約為70倍太陽質(zhì)量的不可見天體，它只能是黑洞。
為了紀(jì)念LAMOST在發(fā)現(xiàn)這顆巨大恒星級黑洞上作出的貢獻(xiàn)，天文學(xué)家給這個包含黑洞的雙星系統(tǒng)命名為LB-1 。與其他已知的恒星級黑洞不同，LB-1從未在任何X射線觀測中被探測到，這顆黑洞和它的伴星相距較遠(yuǎn)（1.5倍日地距離）。研究人員用錢德拉X射線天文臺對該源進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)這顆新發(fā)現(xiàn)的黑洞對其伴星吸積非常微弱，是一個“平靜溫和”的恒星級黑洞界“冠軍” 。
從2015年起，美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）及歐洲室女座引力波天文臺（Virgo）的引力波觀測實驗已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾十倍太陽質(zhì)量的黑洞，質(zhì)量遠(yuǎn)高于先前已知的銀河系里的恒星級黑洞。而研究人員發(fā)現(xiàn)的這顆70倍太陽質(zhì)量的超級黑洞不僅揭示了銀河系內(nèi)也存在此類大質(zhì)量恒星級黑洞，同時刷新了人類對于恒星級黑洞質(zhì)量范圍的認(rèn)知。目前恒星演化模型只允許在太陽金屬豐度下形成最大為25倍太陽質(zhì)量的黑洞，因此，LB-1中黑洞的質(zhì)量已經(jīng)進(jìn)入了現(xiàn)有恒星演化理論的“禁區(qū)” 。
“光譜之王”和“黑洞之王”的彼此成就
這顆 “黑洞之王”的發(fā)現(xiàn)充分證實了LAMOST望遠(yuǎn)鏡強大的光譜獲取能力。LAMOST擁有4000顆眼睛（4000根光纖），一次能觀測近4000個天體。2019年3月，LAMOST公開發(fā)布了1125萬條光譜，成為全球首個突破千萬的光譜巡天項目，被天文學(xué)家譽為全世界光譜獲取率最高的“光譜之王” 。
從2016年11月開始，為了發(fā)現(xiàn)和研究光譜雙星，研究人員利用LAMOST對開普勒一個天區(qū)的3000多顆恒星歷時兩年進(jìn)行了26次觀測，累計曝光時間約40小時。如果利用一架普通四米望遠(yuǎn)鏡專門來尋找這樣一顆黑洞（一年觀測365天，每天觀測8小時），同樣的幾率下，則需要40年的時間，這充分體現(xiàn)出LAMOST超高的觀測效率。
這顆迄今為止最大質(zhì)量的恒星級黑洞，也是LAMOST發(fā)現(xiàn)的第一顆黑洞，這一成果也為天文學(xué)家提供了一種利用LAMOST巡天優(yōu)勢尋找黑洞的新方法。
相關(guān)報道：我天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)迄今最大恒星級黑洞 70倍太陽質(zhì)量
（）據(jù)人民日報客戶端（吳月輝）：依托我國自主研制的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST），研究團隊發(fā)現(xiàn)了一顆迄今為止質(zhì)量最大的恒星級黑洞，并提供了一種利用LAMOST巡天優(yōu)勢尋找黑洞的新方法。這顆70倍太陽質(zhì)量的黑洞遠(yuǎn)超理論預(yù)言的質(zhì)量上限，顛覆了人們對恒星級黑洞形成的認(rèn)知，有望推動恒星演化和黑洞形成理論的革新。
北京時間2019年11月28日凌晨，國際科學(xué)期刊《自然》發(fā)布了中國科學(xué)院國家天文臺劉繼峰、張昊彤研究團隊的一項重大發(fā)現(xiàn) 。
依托我國自主研制的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST），研究團隊發(fā)現(xiàn)了一顆迄今為止質(zhì)量最大的恒星級黑洞，并提供了一種利用LAMOST巡天優(yōu)勢尋找黑洞的新方法。這顆70倍太陽質(zhì)量的黑洞遠(yuǎn)超理論預(yù)言的質(zhì)量上限，顛覆了人們對恒星級黑洞形成的認(rèn)知，有望推動恒星演化和黑洞形成理論的革新。
黑洞是一種本身不發(fā)光、密度非常大的神秘天體。它具有超強吸引力，任何物質(zhì) ，包括速度最快的光也無法從它身邊逃離。根據(jù)質(zhì)量的不同，黑洞一般分為恒星級黑洞、中等質(zhì)量黑洞和超大質(zhì)量黑洞。這其中，恒星級黑洞是由大質(zhì)量恒星死亡形成的，是宇宙中廣泛存在的“居民” 。理論預(yù)言銀河系中有上億顆恒星級黑洞，但迄今為止，天文學(xué)家僅在銀河系發(fā)現(xiàn)了約20顆恒星級黑洞——而且都是通過黑洞吸積伴星氣體所發(fā)出的X射線來識別的，質(zhì)量均小于20個太陽質(zhì)量的黑洞。
找到新的方法，發(fā)現(xiàn)數(shù)量巨大、沒有X射線輻射的黑洞，成了天文學(xué)界近年來研究的熱點和難點。
2016年秋季開始，以國家天文臺為首的研究團隊利用LAMOST開展雙星課題研究，歷時兩年半監(jiān)測了一個小天區(qū)內(nèi)3000多顆恒星。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一個X射線輻射寧靜的雙星系統(tǒng)（LB-1）中，一顆質(zhì)量是太陽八倍的藍(lán)色恒星，圍繞“一個看不見”的天體做著周期性運動。不同尋常的光譜特征表明，那個“看不見的天體”極有可能是一顆黑洞。研究人員隨即進(jìn)行了“確認(rèn)”：他們通過西班牙10.4米加納利大望遠(yuǎn)鏡和美國10米凱克望遠(yuǎn)鏡，進(jìn)一步確認(rèn)了LB-1的光譜性質(zhì) ，計算出該黑洞的質(zhì)量是太陽的70倍。值得一提的是，在兩年半的監(jiān)測時間里， LAMOST共為這項研究做了26次觀測，累積曝光時間約40個小時。劉繼峰表示，如果利用一架普通四米望遠(yuǎn)鏡來尋找這樣一顆黑洞，同樣的幾率下，則需要40年的時間——這充分體現(xiàn)出郭守敬望遠(yuǎn)鏡超高的觀測效率。
目前恒星演化模型只允許在太陽金屬豐度下形成最大為25倍太陽質(zhì)量的黑洞。這顆新發(fā)現(xiàn)黑洞的質(zhì)量已經(jīng)進(jìn)入了現(xiàn)有恒星演化理論的“禁區(qū)” 。美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）臺長大衛(wèi)·雷茨評論，“在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)70倍太陽質(zhì)量的黑洞，將迫使天文學(xué)家改寫恒星級黑洞的形成模型。這一非凡的成果，將與過去四年里美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）及歐洲室女座引力波天文臺（Virgo）探測到的雙黑洞并合事件一起，推動黑洞天體物理研究的復(fù)興” 。接下來利用LAMOST極高的觀測效率，天文學(xué)家有望再發(fā)現(xiàn)一大批深藏不露的“平靜態(tài)”黑洞,開創(chuàng)黑洞批量發(fā)現(xiàn)的新紀(jì)元。
這項工作是基于LAMOST（中國興?。⒓幽衫笸毒擔(dān)ㄎ靼嘌蘭幽衫旱海⒖送毒擔(dān)攔耐模┖頹呂璛射線天文臺（美國）的觀測數(shù)據(jù)完成的。本研究共包括55位作者，來自中國、美國、西班牙、澳大利亞、意大利、波蘭和荷蘭7個國家29家單位。
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（）據(jù)新浪科技：北京時間2019年11月28日消息，今日，國際頂尖科學(xué)期刊《自然》在線發(fā)布了我國天文學(xué)家主導(dǎo)的一項重大發(fā)現(xiàn) 。中國科學(xué)院國家天文臺劉繼峰、張昊彤研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊發(fā)現(xiàn)了一顆迄今為止最大質(zhì)量的恒星級黑洞，并提供了一種利用我國重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）的巡天優(yōu)勢尋找黑洞的新方法，這顆70倍太陽質(zhì)量的超大恒星級黑洞遠(yuǎn)超理論預(yù)言的質(zhì)量上限，顛覆了人們對恒星級黑洞形成的認(rèn)知，勢必推動恒星演化和黑洞形成理論的革新。
宇宙吸光器
霍金在其最后的著作《十問》中寫道，“事實有時候比小說更奇妙，黑洞最能真實地體現(xiàn)這一點，它比科幻作家想象的任何東西都更奇妙” 。1915年愛因斯坦提出廣義相對論，德國物理學(xué)家卡爾·史瓦西推導(dǎo)出了愛因斯坦場方程式的一個精確解，預(yù)示了黑洞的存在。自此人類就沒有停止過對這種神秘天體的想象和探索。1965年，天鵝座X-1因其強X射線輻射成為第一顆被發(fā)現(xiàn)的黑洞侯選體；2015年，首次探測到的引力波為黑洞的存在提供了更為具體的證據(jù)；2019年，天文學(xué)家歷時10年利用四大洲八個觀測點捕獲了黑洞的視覺證據(jù)——首張黑洞“芳容”，讓這個曾經(jīng)“看不見摸不著”的詭異天體有了一絲親和力。黑洞到底是什么，為何讓一代代天文學(xué)家為之如此著迷？本身不發(fā)光，密度非常大（把10倍于太陽質(zhì)量的恒星壓縮到直徑為北京六環(huán)大小的球體中，這樣的密度就相當(dāng)于黑洞的密度），具有超強的吸引力，任何從其身邊經(jīng)過的物質(zhì) ，就連速度最快的光也無法逃離，這種神奇的天體就是黑洞。因此可以說，黑洞是名副其實的宇宙真空“吸光器” 。
天文學(xué)家根據(jù)黑洞質(zhì)量的不同，將黑洞大致分為恒星級黑洞（100倍太陽質(zhì)量以下）、中等質(zhì)量黑洞（100-10萬倍太陽質(zhì)量）和超大質(zhì)量黑洞（10萬倍太陽質(zhì)量以上）。恒星級黑洞是由大質(zhì)量恒星死亡形成的，是宇宙中廣泛存在的 “居民” 。一顆恒星演化到最后如果剩下的質(zhì)量太多（大于3倍太陽質(zhì)量），多到既不能形成白矮星，也不能成為中子星，一旦進(jìn)入死亡階段，就沒有任何力量可以阻止這顆恒星在終極引力的作用下持續(xù)塌縮，最終形成致密的黑洞。球狀星團和矮星系中心或許有中等質(zhì)量的黑洞，而在星系的中心存在著超大質(zhì)量黑洞，比如銀河系中心就有一個約400萬倍太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞。
黑洞神秘而又有趣，若龍潛深淵，隱藏爪牙，潛行于宇宙星海中。黑洞本身不發(fā)光，天文學(xué)家又如何在茫茫宇宙中尋找到它們呢？奈何它們身邊的小伙伴們實在是太高調(diào)，周邊吸積盤或者伴星都表現(xiàn)出異樣的“氣場” 。如果黑洞與一顆正常恒星組成一個密近雙星系統(tǒng) ，黑洞就會露出猙獰的爪牙，以強大的“胃口”直接把恒星伴星上的氣體物質(zhì)吸過來，形成吸積盤，發(fā)出明亮的X射線光（圖一）。這些X射線光如同這些物質(zhì)被黑洞吞噬前的“回光返照”，就是這一“照”成為天文學(xué)家過去這些年追尋黑洞蹤跡的強有力線索。
迄今為止，銀河系中幾乎所有的恒星級黑洞都是通過黑洞吸積伴星氣體所發(fā)出的X射線來識別的。過去的五十年里，人們用該種方法發(fā)現(xiàn)了約二十顆黑洞，質(zhì)量均在3到20倍太陽質(zhì)量之間。銀河內(nèi)有數(shù)以千億計的恒星，按照理論預(yù)測，銀河系中應(yīng)該有上億顆恒星級黑洞，而在黑洞雙星系統(tǒng)中，能夠發(fā)出X射線輻射的只占一小部分。當(dāng)黑洞和它的伴星距離較遠(yuǎn)時，我們的“大胃王”也會表現(xiàn)出平靜溫和的一面，那對于這些平靜態(tài)（不吸積伴星氣體）的黑洞如何來搜尋呢？天文學(xué)家在發(fā)現(xiàn)這顆最大恒星級黑洞的過程中給出了全新的答案。
星星在繞“誰”運動？
國家天文臺劉繼峰研究員和張昊彤研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊在浩瀚星海中發(fā)現(xiàn)了一個表現(xiàn)異常的雙星系統(tǒng)，這其中會不會包含一顆深藏不露的黑洞呢？700多天的追逐之路飽含了艱辛和精彩。
2016年初， LAMOST科學(xué)巡天部主任張昊彤研究員和云南天文臺韓占文院士提出利用LAMOST觀測雙星光譜，開展雙星系統(tǒng)的研究計劃，并選擇了開普勒一個天區(qū)（K2-0）中的3000多個天體進(jìn)行了為期兩年的光譜監(jiān)測。在這其中有一顆“走路拉風(fēng)”的B型星引起了研究人員的關(guān)注，這顆星表現(xiàn)出規(guī)律地周期性運動和不同尋常的光譜特征。這條LAMOST“眼中”的B型星光譜攜帶了非常豐富的信息，除了可以獲取它的有效溫度、表面重力、金屬豐度等重要信息外，光譜中一條近乎靜止且運行方向和B型星反相位的明線（Hα發(fā)射線）給這顆星增添了足夠的神秘感。研究人員懷疑這顆B型星背后一定有故事，它到底在繞著看不見的“誰”運動？莫非真的是黑洞?。。√煳難Ъ以謐分鷯鈧嬲嫦嗟牡纜飛洗永炊疾換崆嵋追毆魏我恢摯贍?。
為了進(jìn)一步驗證這顆特殊B型星背后的真相，研究人員隨即申請了西班牙10.4米加納利大望遠(yuǎn)鏡（GTC）的21次觀測和美國10米凱克望遠(yuǎn)鏡（Keck）的7次高分辨率觀測，進(jìn)一步確認(rèn)了B型星的性質(zhì) 。
根據(jù)光譜信息，研究人員計算出B型星的金屬豐度約為1.2倍太陽豐度，質(zhì)量約為8倍太陽質(zhì)量，年齡約為35百萬年，距離我們1.4萬光年。根據(jù)B型星和Hα發(fā)射線的速度振幅之比，研究人員計算出該雙星系統(tǒng)中存在一個質(zhì)量約為70倍太陽質(zhì)量的不可見天體，它只能是黑洞。B型星背后的“大BOSS”就這樣被天文學(xué)家挖了出來，這樣的結(jié)果無疑是讓人們興奮和驚喜的，然而機遇永遠(yuǎn)都是留給有準(zhǔn)備的人，沒有兩年前茫茫星海的“撒網(wǎng)”，也便沒有今天這個“主角”的出現(xiàn) 。
為了紀(jì)念LAMOST在發(fā)現(xiàn)這顆巨大恒星級黑洞上做出的貢獻(xiàn)，天文學(xué)家給這個包含黑洞的雙星系統(tǒng)命名為LB-1（圖三）。與其他已知的恒星級黑洞不同，LB-1從未在任何X射線觀測中被探測到，這顆黑洞和它的伴星相距較遠(yuǎn)（1.5倍日地距離）。研究人員用美國錢德拉X射線天文臺對該源進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)這顆新發(fā)現(xiàn)的黑洞對其伴星吸積非常微弱，是一個“平靜溫和”的恒星級黑洞 “冠軍” 。
黑洞“冠軍”的前世今生
從2015年起，美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）及歐洲室女座引力波天文臺（Virgo）的引力波觀測實驗已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾十倍太陽質(zhì)量的黑洞，質(zhì)量遠(yuǎn)高于先前已知的銀河系里的恒星級黑洞。而研究人員發(fā)現(xiàn)的這顆70倍太陽質(zhì)量的超級黑洞不僅揭示了銀河系內(nèi)也存在此類大質(zhì)量恒星級黑洞，同時刷新了人類對于恒星級黑洞質(zhì)量上限的認(rèn)知（圖四）。
該論文第一作者劉繼峰研究員介紹說，一般模型認(rèn)為大質(zhì)量恒星級黑洞主要形成于低金屬豐度（低于1/5太陽金屬豐度）環(huán)境中，LB-1卻有一個與太陽金屬豐度相近的B型星。目前恒星演化模型只允許在太陽金屬豐度下形成最大為25倍太陽質(zhì)量的黑洞，因此，LB-1中黑洞的質(zhì)量已經(jīng)進(jìn)入了現(xiàn)有恒星演化理論的“禁區(qū)” 。這可能意味著有關(guān)恒星演化形成黑洞的理論將被迫改寫，或者以前某種黑洞形成機制被忽視。LIGO臺長大衛(wèi) 。雷茨評論說，“在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)70倍太陽質(zhì)量的黑洞，將迫使天文學(xué)家改寫恒星級質(zhì)量黑洞的形成模型。這一非凡的成果，將與過去四年里L(fēng)IGO及Virgo探測到的雙黑洞并合事件一起，推動黑洞天體物理研究的復(fù)興” 。
另一種可能性，LB-1中的黑洞或許不是由一顆恒星坍縮形成的。研究人員猜想，LB-1最初是一個三體系統(tǒng)，觀測到的B型星位于最外軌道，是質(zhì)量最小的組成部分，而現(xiàn)在的黑洞是由最初內(nèi)部的雙星形成的雙黑洞并合而成。在這種情形下，該系統(tǒng)將是黑洞并合事件的絕佳候選體，并為研究三體系統(tǒng)中雙黑洞形成提供了獨一無二的實驗室。
“光譜之王”和“黑洞之王”的彼此成就
這顆 “黑洞之王”的發(fā)現(xiàn)充分證實了LAMOST望遠(yuǎn)鏡強大的光譜獲取能力。LAMOST擁有4000顆眼睛（4000根光纖），一次能觀測近4000個天體。2019年3月，LAMOST公開發(fā)布了1125萬條光譜，成為全球首個突破千萬的光譜巡天項目，被天文學(xué)家譽為全世界光譜獲取率最高的“光譜之王”（圖五）。從2016年11月開始，為了發(fā)現(xiàn)和研究光譜雙星，研究人員利用LAMOST對開普勒一個天區(qū)的3000多顆恒星歷時兩年進(jìn)行了26次觀測，累計曝光時間約40小時。如果利用一架普通四米望遠(yuǎn)鏡專門來尋找這樣一顆黑洞（一年觀測365天，每天觀測8小時），同樣的幾率下，則需要40年的時間！這充分體現(xiàn)出LAMOST超高的觀測效率！
“工欲善其事必先利其器”，LAMOST這臺“天文利器”助力天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了今天的主角“黑洞之王”，而“黑洞之王”的現(xiàn)身也為“光譜之王”——LAMOST增添了更多精彩。這顆迄今為止最大質(zhì)量的恒星級黑洞，也是LAMOST發(fā)現(xiàn)的第一顆黑洞，它的出現(xiàn)將標(biāo)志著利用LAMOST巡天優(yōu)勢搜尋黑洞新時代的到來。相信“光譜之王”和“黑洞之王”的彼此成就將成為天文界津津樂道的一段佳話。
LB-1是一個X射線輻射寧靜的雙星系統(tǒng) ，利用常規(guī)X射線方法搜尋這類黑洞是行不通的。長期以來，人們認(rèn)為徑向速度監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)平靜態(tài)的黑洞雙星，這顆迄今最大質(zhì)量黑洞的發(fā)現(xiàn)證實了這一點。利用LAMOST大規(guī)模巡天優(yōu)勢和速度監(jiān)測方法，相信天文學(xué)家將會發(fā)現(xiàn)一批深藏不露的平靜態(tài)黑洞，從而逐步揭開這個黑暗“家族”的內(nèi)幕，為研究黑洞成員的形成演化以及質(zhì)量分布邁出標(biāo)志性的一步。
相關(guān)報道：70倍太陽質(zhì)量！郭守敬望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)迄今最大恒星級黑洞
（）據(jù)新京報（張璐）：11月28日，采訪人員從中科院國家天文臺獲悉，中國天文學(xué)家依托我國自主研制的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST），發(fā)現(xiàn)了一顆迄今為止質(zhì)量最大的恒星級黑洞，并提供了一種利用LAMOST巡天優(yōu)勢尋找黑洞的新方法。
北京時間2019年11月28日凌晨，國際科學(xué)期刊《自然》發(fā)布了中國科學(xué)院國家天文臺劉繼峰、張昊彤研究團隊的這項重大發(fā)現(xiàn) 。這顆70倍太陽質(zhì)量的黑洞遠(yuǎn)超理論預(yù)言的質(zhì)量上限，顛覆了人們對恒星級黑洞形成的認(rèn)知，有望推動恒星演化和黑洞形成理論的革新。
首次發(fā)現(xiàn)70倍太陽質(zhì)量恒星級黑洞
黑洞是一種本身不發(fā)光的神秘天體。任何物質(zhì)，包括光也無法從它身邊逃離。根據(jù)質(zhì)量的不同，黑洞一般分為恒星級黑洞、中等質(zhì)量黑洞和超大質(zhì)量黑洞。這其中，恒星級黑洞是由大質(zhì)量恒星死亡形成的，是宇宙中廣泛存在的“居民” 。
理論預(yù)言銀河系中有上億顆恒星級黑洞，但迄今為止，天文學(xué)家僅在銀河系發(fā)現(xiàn)了約20顆恒星級黑洞——而且都是通過黑洞吸積伴星氣體所發(fā)出的X射線來識別的、質(zhì)量均小于20倍太陽質(zhì)量的黑洞。
找到新的方法，發(fā)現(xiàn)數(shù)量巨大、沒有X射線輻射的黑洞，成了天文學(xué)界近年來研究的熱點和難點。
2016年秋季開始，國家天文臺領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊利用LAMOST開展雙星課題研究，歷時兩年監(jiān)測了一個小天區(qū)內(nèi)3000多顆恒星。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一個X射線輻射寧靜的雙星系統(tǒng)（LB-1）中，一顆8倍太陽質(zhì)量的藍(lán)色恒星，圍繞一個“看不見的天體”做著周期性運動。不同尋常的光譜特征表明，那個“看不見的天體”極有可能是一顆黑洞。
研究人員隨即進(jìn)行了“確認(rèn)”：他們通過西班牙10.4米口徑加納利大望遠(yuǎn)鏡和美國10米口徑凱克望遠(yuǎn)鏡，進(jìn)一步確認(rèn)了LB-1的光譜性質(zhì)，計算出該黑洞的質(zhì)量大約是太陽的70倍。
值得一提的是，在兩年之久的監(jiān)測時間里，LAMOST共為這項研究做了26次觀測，累積曝光時間約40個小時。劉繼峰表示，如果利用一架普通四米口徑望遠(yuǎn)鏡來尋找這樣一顆黑洞，同樣的幾率下，則需要40年的時間——這充分體現(xiàn)出LAMOST超高的觀測效率。
有望開創(chuàng)批量發(fā)現(xiàn)黑洞新紀(jì)元
目前恒星演化理論預(yù)言在太陽金屬豐度下只能形成最大為25倍太陽質(zhì)量的黑洞。這顆新發(fā)現(xiàn)黑洞的質(zhì)量已經(jīng)進(jìn)入了現(xiàn)有恒星演化理論的“禁區(qū)” 。
美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）從2015年起，通過探測引力波的方法發(fā)現(xiàn)了數(shù)十倍太陽質(zhì)量的黑洞；2017年，雷納·韋斯、基普·索恩和巴里·巴里什因在LIGO的建造和引力波探測方面的貢獻(xiàn)被授予諾貝爾物理學(xué)獎。
LIGO臺長大衛(wèi)·雷茨評論，“在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)70倍太陽質(zhì)量的黑洞，將迫使天文學(xué)家改寫恒星級黑洞的形成模型。這一非凡的成果，將與過去四年里美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）及歐洲室女座引力波天文臺（Virgo）探測到的雙黑洞并合事件一起，推動黑洞天體物理研究的復(fù)興” 。
接下來，利用LAMOST極高的觀測效率，天文學(xué)家有望發(fā)現(xiàn)一大批“深藏不露”的黑洞，開創(chuàng)批量發(fā)現(xiàn)黑洞的新紀(jì)元。
這項工作是基于LAMOST（中國興?。⒓幽衫笸毒擔(dān)ㄎ靼嘌蘭幽衫旱海⒖送毒擔(dān)攔耐模┖頹呂璛射線天文臺（美國）的觀測數(shù)據(jù)完成的。本研究共包括55位作者，來自中國、美國、西班牙、澳大利亞、意大利、波蘭和荷蘭7個國家28家單位。