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中國天文學家發現70倍太陽質量的恒星級黑洞

2019-11-28 10:28:28  來源:人民網-人民日報

北京時間2019年11月28日凌晨,國際科學期刊《自然》發布了中國科學院國家天文臺劉繼峰、張昊彤研究團隊的一項重大發現。依托我國自主研制的國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡(LAMOST),研究團隊發現了一顆迄今為止質量最大的恒星級黑洞,并提供了一種利用LAMOST巡天優勢尋找黑洞的新方法。這顆70倍太陽質量的黑洞遠超理論預言的質量上限,顛覆了人們對恒星級黑洞形成的認知,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光、密度非常大的神秘天體。它具有超強吸引力,任何物質,包括速度最快的光也無法從它身邊逃離。根據質量的不同,黑洞一般分為恒星級黑洞、中等質量黑洞和超大質量黑洞。這其中,恒星級黑洞是由大質量恒星死亡形成的,是宇宙中廣泛存在的“居民”。理論預言銀河系中有上億顆恒星級黑洞,但迄今為止,天文學家僅在銀河系發現了約20顆恒星級黑洞——而且都是通過黑洞吸積伴星氣體所發出的X射線來識別的,質量均小于20個太陽質量的黑洞。

找到新的方法,發現數量巨大、沒有X射線輻射的黑洞,成了天文學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,歷時兩年半監測了一個小天區內3000多顆恒星。結果發現,在一個X射線輻射寧靜的雙星系統(LB-1)中,一顆質量是太陽八倍的藍色恒星,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。研究人員隨即進行了“確認”:他們通過西班牙10.4米加納利大望遠鏡和美國10米凱克望遠鏡,進一步確認了LB-1的光譜性質,計算出該黑洞的質量是太陽的70倍。值得一提的是,在兩年半的監測時間里,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——這充分體現出郭守敬望遠鏡超高的觀測效率。

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倍太陽質量的黑洞。這顆新發現黑洞的質量已經進入了現有恒星演化理論的“禁區”。美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)臺長大衛·雷茨評論,“在銀河系內發現70倍太陽質量的黑洞,將迫使天文學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興”。接下來利用LAMOST極高的觀測效率,天文學家有望再發現一大批深藏不露的“平靜態”黑洞,開創黑洞批量發現的新紀元。

這項工作是基于LAMOST(中國興隆)、加納利大望遠鏡(西班牙加納利群島)、凱克望遠鏡(美國夏威夷)和錢德拉X射線天文臺(美國)的觀測數據完成的。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。

人民日報客戶端吳月輝

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