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“最大恒星級黑洞”引爭議 發現者回應來了

2020-01-20 11:04:42  來源:科技日報

前不久,中國科學家發現“最大恒星級黑洞”的新聞,估計你還有印象吧?這個“黑洞”最近引起了一些學術爭議。

先來回顧一下這個大新聞。

2019年11月28日,《自然》期刊發布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”。該研究團隊依托郭守敬望遠鏡(LAMOST),發現一顆大約70倍太陽質量的黑洞。如果真的如此,它將是迄今發現的質量最大的恒星級黑洞。

然而,研究結果發表后,陸續有國外天文學者發布論文,對“70倍太陽質量黑洞”提出質疑。

有的論文指出,這顆黑洞并沒有70倍太陽質量這么大;有的論文指出,它有可能不是一個黑洞,而可能是一顆大質量中子星甚至普通恒星。

這,到底怎么回事?

面對學術爭議,1月18日,“最大恒星級黑洞”論文第一作者劉繼峰研究員接受科技日報記者采訪時進行了回應。

“最大恒星級黑洞”引爭議 發現者這樣回應

“遠超理論預言質量上限”的黑洞

這個引發爭議的“最大恒星級黑洞”,存在于一個叫做LB-1的雙星系統里。

中國科學家認為,在這個雙星系統里,有一顆8倍太陽質量的藍色恒星,圍繞一個“看不見的天體”做周期性運動。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。

研究人員隨后通過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大約是太陽的70倍。

這個數字意味著什么呢?

這里有必要科普一下: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,而且質量均小于太陽質量的20倍。

70倍太陽質量黑洞,依據此前的新聞發布,“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”。

最低只有2到3倍太陽質量?

正因如此,這項研究一經發表,便立即引發國際天文學界的關注。隨后,陸續有多篇相關論文提出質疑觀點。

其中包括德國埃爾朗根—紐倫堡大學和波茨坦大學的天文學家團隊。1月10日,該團隊在《天文學與天體物理學》期刊發表論文稱,這個“70倍太陽質量黑洞”可能根本不是黑洞,而有可能是大質量中子星,甚至是普通恒星。

該團隊指出,那個看不見的星體的伴星,即B型星LSV+2225,是可以被看到的。這顆伴星的質量越大,黑洞的質量也就需要越大,這樣才能帶來伴星相應的運動。

他們研究發現,這顆恒星表面存在由氫核聚變產生的灰燼,而這種過程只在年輕恒星的內核發生,不應在恒星表面被探測到。

該團隊認為,這顆伴星一定在過去與那個看不見的星體發生了一些作用。在此過程中,這顆伴星的外層被移除。因此現在看到的是被剝離外層的氦核,它富含氫燃燒產生的灰燼。

然而,被剝離的氦星比普通的恒星更輕。該團隊將這一結果和蓋亞太空望遠鏡最近的測量相結合,認為這顆恒星的質量最有可能是太陽質量的1.1倍(存在±0.5倍的不確定度)。

據此,該團隊又得出,另一個星體最低只有2到3倍太陽質量——這與中國科學家團隊得出的數字相差甚遠。

一顆“正常”的恒星級黑洞?

另一位質疑者,是來自美國加州大學伯克利分校的研究生,名叫賈里姆·埃爾·巴德里。

據加州大學伯克利分校官網介紹,巴德里專門研究不同尋常的雙星系統。2019年12月9日,巴德里的論文提交在arXiv預印本文獻庫中,并于2020年1月3日進行了修改。論文由巴德里和加州大學伯克利分校天文學系主任艾略特·夸塔特共同署名。

該論文提出,中國研究團隊發現的這個史無前例的恒星級黑洞的質量,主要證據是測量Hα發射線的徑向速度變化,這種Hα發射線被認為來自黑洞周圍的吸積盤。

巴德里認為,那顆B型星的大氣也在吸收Hα發射線,這使得Hα發射線看起來像是發生了位移,但實際上并沒有。因此,并沒有證據表明Hα發射線的徑向速度變化。Hα發射線很可能源于雙星系統周圍物質,而不是黑洞周圍的吸積盤。

“目前這顆看不見的伴星的特征依然是不確定的,但是它最有可能是一顆5到20倍太陽質量的‘正常’恒星級黑洞。”巴德里在論文里提出。

復核結果基本支持最初結論

相關質疑不止上述兩個。面對來自國際天文學界的質疑,中國研究團隊如何回應?

“我們現在已經有初步結果,證實我們的研究結果。”劉繼峰研究員接受科技日報記者采訪時說。顯然,他已經注意到了這些科學爭議。

對于德國研究團隊所說的“70倍太陽質量黑洞”可能不是黑洞,而是一個中子星,甚至普通恒星,劉繼峰表示:“這是第一步就可以被排除的模型。”

劉繼峰解釋說,這種模型是雙星演化中非常短暫的特殊階段,因此存在的可能性非常低。此外,這種模型也依賴于該天體離我們的距離,而根據蓋亞太空望遠鏡的最新測量,不支持該模型要求的那么近的距離。

對于加州大學伯克利分校研究人員的質疑,劉繼峰認為,Hα發射線成分復雜,僅減去B型星吸收而忽略星風發射是不行的,需要用其他方法來獨立驗證。

“我們使用兩個多月來觀測到的更加豐富的數據,進行了更加細致的分析和復核。分析結果支持原來的結論。”劉繼峰告訴科技日報記者,目前分析認為,那顆黑洞的大小應該是70個太陽質量左右,不會低于40倍太陽質量,依然支持原來“最大恒星級黑洞”的結論。

劉繼峰透露,目前中國科研團隊正在醞釀新的論文,預計不久后將發表。

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