中國天文學家發現迄今最大恆星級黑洞 70倍太陽質量

台灣時間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台劉繼峰、張昊彤研究團隊的一項重大發現。

依托我國自主研製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恆星級黑洞，並提供了一種利用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。

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”。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射線異塵餘生的黑洞，成了天文學界近年來研究的熱點和難點。

2016年秋季開始，以國家天文台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多顆恆星。結果發現，在一個X射線異塵餘生寧靜的雙星系統（LB-1）中，一顆質量是太陽八倍的藍色恆星，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。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。

目前恆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恆星演化理論的“禁區”。美國雷射干涉引力波天文台（LIGO）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雷射干涉引力波天文台（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複興”。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。

這項工作是基於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射線天文台（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家部門。