科技日報記者 劉園園
前段時間，中國科學家發現“最大恆星級黑洞”的新聞，最近引起了一些學術爭議。1月18日，“最大恆星級黑洞”論文第一作者劉繼峰研究員接受科技日報記者採訪時進行了回應。
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台劉繼峰、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，它將是迄今為止質量最大的恆星級黑洞。
但是，研究結果發表後，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，這顆黑洞並沒有70倍太陽質量這麽大；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恆星。
這，到底怎麽回事？
圖為LB-1的藝術想象圖 （喻京川 繪）。圖片來源：中國科學院國家天文台官網
“遠超理論預言質量上限”的黑洞
這個引發爭議的“最大恆星級黑洞”，存在於一個叫做LB-1的雙星系統裡。
中國科學家認為，在這個雙星系統裡，有一顆8倍太陽質量的藍色恆星，圍繞一個“看不見的天體”做周期性運動。不同尋常的光譜特徵表明，那個“看不見的天體”極有可能是一顆黑洞。
研究人員隨後通過西班牙加納利大望遠鏡和美國凱克望遠鏡，進一步確認了LB-1的光譜性質，計算出該黑洞的質量大約是太陽的70倍。
70倍。這個數字意味著什麽呢？
圖為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。圖片來源：中國科學院國家天文台官網
說到這裡，有必要科普一下：恆星級黑洞由大質量恆星死亡形成，在宇宙中廣泛存在。理論預言銀河系中有上億顆恆星級黑洞，但迄今為止，天文學家僅在銀河系發現了約20顆恆星級黑洞，而且質量均小於太陽質量的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”。
質疑一：最低只有2到3倍太陽質量
正因為它嚴重挑戰現有恆星演化理論，這項結果一經發表，便立即引發國際天文學界的關注。隨後，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，該團隊在國際知名的《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，甚至普通恆星。
圖為德國天文學家團隊在《天文學與天體物理學》期刊發表的論文信息。圖片來源：《天文學與天體物理學》期刊官網截圖
這個德國天文學家團隊指出，那個看不見的星體的伴星，即B型星LS V + 22 25，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。
他們對這顆伴星的光譜檔案以及它表面的化學元素豐度進行了研究。然後發現，這顆恆星表面存在由氫核聚變產生的灰燼，而這種過程只在年輕恆星的內核發生，不應在恆星表面被探測到。
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恆星更輕。該團隊將這一結果和蓋亞太空望遠鏡最近的測量相結合，認為這顆恆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。
質疑二：只是一顆“正常”的恆星級黑洞
另一位質疑者，是來自美國加州大學伯克利分校的研究生，名叫賈裡姆·埃爾·巴德裡。
圖為賈裡姆·埃爾·巴德裡（左）與加州大學伯克利分校天文學系主任艾略特·誇塔特（右）討論黑洞的演化。圖片來源：加州大學伯克利分校官網，Hulda Nelson
據加州大學伯克利分校官網介紹，巴德裡專門研究不同尋常的雙星系統。當看到70倍太陽質量黑洞相關論文時，他十分震驚。
“我們知道有20到30顆黑洞存在於雙星系統中，它們只有70倍太陽質量的一半，或者小於70倍太陽質量。” 巴德裡表示。
12月9日，巴德裡的論文提交在arXiv預印本文獻庫中，並於1月3日進行了修改。論文由巴德裡和加州大學伯克利分校天文學系主任艾略特·誇塔特共同署名。
圖為賈裡姆·埃爾·巴德裡提交在arXiv預印本文獻庫中的論文信息。圖片來源：arXiv預印本文獻庫官網截圖
該論文提出，中國研究團隊發現的這個史無前例的恆星級黑洞的質量，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。
巴德裡認為，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，但實際上並沒有。
因此，並沒有證據表明Hα發射線的徑向速度變化。Hα發射線很可能源於雙星系統周圍物質，而不是黑洞周圍的吸積盤。
“目前這顆看不見的伴星的特徵依然是不確定的，但是它最有可能是一顆5到20倍太陽質量的‘正常’恆星級黑洞。”巴德裡在論文裡提出。
覆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，1月18日，“最大恆星級黑洞”論文第一作者劉繼峰研究員接受科技日報記者採訪時進行了回應。
“我們現在已經有初步結果，證實我們的研究結果。”劉繼峰接受科技日報記者採訪時說。顯然，他已經注意到了這些科學爭議。
對於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，甚至普通恆星，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，這種模型也依賴於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麽近的距離。
對於加州大學伯克利分校研究人員的質疑，劉繼峰認為，Hα發射線成分複雜，僅減去B型星吸收而忽略星風發射是不行的，需要用其它方法來獨立驗證。
“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覆核。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，不會低於40倍太陽質量，依然支持原來“最大恆星級黑洞”的結論。
劉繼峰透露，目前中國科研團隊正在醞釀新的論文，預計不久後將發表。
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來源：科技日報
編輯：陳可軒
審核：王小龍、管晶晶
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