超越人類認知!我科學家發現最大恆星級黑洞

2019年11月28日16:08  來源:人民網-科技頻道
 

LB-1的藝術想象圖 (喻京川繪)

人民網北京11月28日電(趙竹青)記者從中國科學院國家天文台獲悉,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),國家天文台劉繼峰、張昊彤研究團隊發現了一顆迄今為止質量最大的恆星級黑洞。

這顆70倍太陽質量的黑洞遠超理論預言的質量上限,顛覆了人們對恆星級黑洞形成的認知,有望推動恆星演化和黑洞形成理論的革新。

北京時間11月28日凌晨,國際科學期刊《自然》發布了這項重大發現。

顛覆認知的恆星級“黑洞之王”

黑洞是一種本身不發光的神秘天體。任何物質,包括光也無法從它身邊逃離。根據質量的不同,黑洞一般分為恆星級黑洞、中等質量黑洞和超大質量黑洞。這其中,恆星級黑洞是由大質量恆星死亡形成的,是宇宙中廣泛存在的“居民”。

天文學界推測,銀河系中有上億顆恆星級黑洞。然而,目前恆星演化理論預言:在太陽金屬豐度下隻能形成最大為25倍太陽質量的黑洞。而且迄今為止,天文學家也僅在銀河系發現了約20顆恆星級黑洞——都是通過黑洞吸積伴星氣體所發出的X射線來識別的、質量均小於20倍太陽質量的黑洞。

顯然,這顆新發現黑洞的質量已經進入了現有恆星演化理論的“禁區”。論文第一作者和通訊作者劉繼峰表示,這項新發現可能意味著有關恆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。

美國激光干涉引力波天文台台長大衛·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恆星級黑洞的形成模型。這一非凡的成果,將與過去四年裡美國激光干涉引力波天文台(LIGO)及歐洲室女座引力波天文台(Virgo)探測到的雙黑洞並合事件一起,推動黑洞天體物理研究的復興”。

LB-1和引力波並合事件、X射線方法發現的黑洞的質量分布

“光譜之王”追逐“黑洞之王”

這顆恆星級“黑洞之王”是怎樣被發現的?劉繼峰告訴記者,700多天的追逐之路飽含了艱辛和精彩。

從2016年秋季開始,國家天文台領導的研究團隊利用LAMOST開展雙星課題研究,歷時兩年監測了一個小天區內3000多顆恆星。

結果發現,在一個X射線輻射寧靜的雙星系統中,一顆8倍太陽質量的藍色恆星,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米口徑加納利大望遠鏡和美國10米口徑凱克望遠鏡,進一步確認了雙星系統的光譜性質,計算出該黑洞的質量大約是太陽的70倍。

LAMOST望遠鏡與星空(國家天文台供圖)

開創黑洞研究新紀元

為了紀念LAMOST在發現這顆巨大恆星級黑洞上做出的貢獻,天文學家給這個包含黑洞的雙星系統命名為LB-1。

值得一提的是,在兩年之久的監測時間裡,LAMOST共為這項研究做了26次觀測,累積曝光時間約40個小時。

“這顆‘黑洞之王’的發現充分証實了LAMOST望遠鏡強大的光譜獲取能力和超高的觀測效率。”劉繼峰說,如果利用一架普通四米口徑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。而LAMOST擁有4000顆“眼睛”(4000根光纖),一次能觀測近4000個天體。

“而且,像LB-1這樣的X射線輻射寧靜的雙星系統,利用常規X射線方法搜尋這類黑洞是行不通的。”劉繼峰表示,接下來,利用LAMOST極高的觀測效率,天文學家將有望發現一大批“深藏不露”的黑洞,開創批量發現黑洞的新紀元。

(責編:趙竹青、呂騫)

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