超越人类认知!我科学家发现最大恒星级黑洞

2019年11月28日16:08  来源:人民网-科技频道
 

LB-1的艺术想象图 (喻京川绘)

人民网北京11月28日电(赵竹青)记者从中国科学院国家天文台获悉,依托我国自主研制的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST),国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队发现了一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞。

这颗70倍太阳质量的黑洞远超理论预言的质量上限,颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知,有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。

北京时间11月28日凌晨,国际科学期刊《自然》发布了这项重大发现。

颠覆认知的恒星级“黑洞之王”

黑洞是一种本身不发光的神秘天体。任何物质,包括光也无法从它身边逃离。根据质量的不同,黑洞一般分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。这其中,恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的,是宇宙中广泛存在的“居民”。

天文学界推测,银河系中有上亿颗恒星级黑洞。然而,目前恒星演化理论预言:在太阳金属丰度下只能形成最大为25倍太阳质量的黑洞。而且迄今为止,天文学家也仅在银河系发现了约20颗恒星级黑洞——都是通过黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来识别的、质量均小于20倍太阳质量的黑洞。

显然,这颗新发现黑洞的质量已经进入了现有恒星演化理论的“禁区”。论文第一作者和通讯作者刘继峰表示,这项新发现可能意味着有关恒星演化形成黑洞的理论将被迫改写,或者以前某种黑洞形成机制被忽视。

美国激光干涉引力波天文台台长大卫·雷茨评论,“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形成模型。这一非凡的成果,将与过去四年里美国激光干涉引力波天文台(LIGO)及欧洲室女座引力波天文台(Virgo)探测到的双黑洞并合事件一起,推动黑洞天体物理研究的复兴”。

LB-1和引力波并合事件、X射线方法发现的黑洞的质量分布

“光谱之王”追逐“黑洞之王”

这颗恒星级“黑洞之王”是怎样被发现的?刘继峰告诉记者,700多天的追逐之路饱含了艰辛和精彩。

从2016年秋季开始,国家天文台领导的研究团队利用LAMOST开展双星课题研究,历时两年监测了一个小天区内3000多颗恒星。

结果发现,在一个X射线辐射宁静的双星系统中,一颗8倍太阳质量的蓝色恒星,围绕一个“看不见的天体”做着周期性运动。不同寻常的光谱特征表明,那个“看不见的天体”极有可能是一颗黑洞。

研究人员随即进行了“确认”。他们通过西班牙10.4米口径加纳利大望远镜和美国10米口径凯克望远镜,进一步确认了双星系统的光谱性质,计算出该黑洞的质量大约是太阳的70倍。

LAMOST望远镜与星空(国家天文台供图)

开创黑洞研究新纪元

为了纪念LAMOST在发现这颗巨大恒星级黑洞上做出的贡献,天文学家给这个包含黑洞的双星系统命名为LB-1。

值得一提的是,在两年之久的监测时间里,LAMOST共为这项研究做了26次观测,累积曝光时间约40个小时。

“这颗‘黑洞之王’的发现充分证实了LAMOST望远镜强大的光谱获取能力和超高的观测效率。”刘继峰说,如果利用一架普通四米口径望远镜来寻找这样一颗黑洞,同样的几率下,则需要40年的时间。而LAMOST拥有4000颗“眼睛”(4000根光纤),一次能观测近4000个天体。

“而且,像LB-1这样的X射线辐射宁静的双星系统,利用常规X射线方法搜寻这类黑洞是行不通的。”刘继峰表示,接下来,利用LAMOST极高的观测效率,天文学家将有望发现一大批“深藏不露”的黑洞,开创批量发现黑洞的新纪元。

(责编:赵竹青、吕骞)

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