科技日报记者 高 博
近日，国际顶尖科学期刊《天然》在线发布了一项重年夜发现，中国科学院国度天文台刘继峰、张昊彤的研究团队发现了迄今为止最年夜质量的恒星级黑洞，并供给了一种操纵郭守敬千里镜（LAMOST）的巡天上风寻觅黑洞的新方式。
这颗70倍太阳质量的超年夜恒星级黑洞远超理论预言上限，倾覆了人们对恒星级黑洞构成的认知，必将鞭策恒星演变和黑洞构成理论的改革。
曩昔只能找到“暴力”的黑洞
霍金在其最后的著作《十问》中写道，“黑洞比科幻作家想象的任何工具都更奇奥”。黑洞自己不发光，密度很是年夜，相当于把10倍太阳质量的恒星紧缩到北京六环年夜小的球体中，具有超强的吸引力，任何从其身旁颠末的物资、就连光也没法逃离。黑洞是宇宙的“吸光器”。
黑洞年夜致分为恒星级黑洞（100倍太阳质量以下）、中等质量黑洞（约100到10万倍太阳质量之间）和超年夜质量黑洞（10万倍太阳质量以上）。恒星级黑洞是由年夜质量恒星灭亡构成的。一颗恒星走到生命绝顶，若是剩下的质量年夜于3倍太阳质量，既不克不及构成白矮星，也不克不及成为中子星，就没有任何气力可以禁止最终引力让其塌缩成黑洞。
龙潜深渊，埋没虎伥。黑洞自己不发光，天文学家很难在茫茫宇宙中看到它。
何如黑洞身旁的小火伴们其实是太高调，周边吸积盘或伴星都表示出异常的“气场”。若是黑洞与一颗正常恒星构成一个密近双星系统，黑洞就会露出狰狞的虎伥，直接把恒星伴星上的气体物资吸过来，构成吸积盘，发出“敞亮”的X射线。这些X射线犹如这些物资被黑洞吞噬前的“回光返照”，就是这一“照”成为天文学家曩昔这些年追寻黑洞踪影的线索。
迄今为止，银河系中几近所有已知的恒星级黑洞都是经由过程黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来辨认的。曩昔的50年里，人们用该种方式发现了约20颗黑洞，质量均在3到20倍太阳质量之间。银河内稀有以千亿计的恒星，依照理论展望，银河系中应当有上亿颗恒星级黑洞，而在黑洞双星系统中，可以或许发出X射线辐射的只占一小部门。
两年监测发现“走路拉风”的天体
刘继峰和张昊彤的团队在浩大星海中发现了一个表示异常的双星系统。700多天的追逐之路饱含艰辛和出色。
2016年头，LAMOST科学巡天部主任张昊彤和中国科学院云南天文台院士韩占文提出操纵LAMOST不雅测双星光谱，并选择了3000多个天体进行了为期两年的光谱监测。在这此中有一颗“走路拉风”的B型星引发了研究职员的存眷。
除获得它的有用温度、概况重力、金属品貌等主要信息外，其光谱中一条近乎静止且运行标的目的和B型星反相位的明线（Hα发射线）给这个天体增加了实足的神秘感。研究职员思疑这颗B型星“背后有人”。
西班牙10.4米加纳利年夜千里镜(GTC)的21次不雅测和美国10米凯克千里镜（Keck）的7次高分辩率不雅测，进一步确认了B型星的性质。
B型星的金属品貌约为1.2倍太阳品貌，质量约为8倍太阳质量，春秋约为35百万年，间隔我们1.4万光年。按照B型星和Hα发射线的速度振幅之比，其伴星应当一个质量约为70倍太阳质量的不成见天体，它只能是黑洞。
LB-1黑洞从未在任何X射线不雅测中被探测到。研究职员用美国钱德拉X射线天文台对该源进行不雅测，发现这颗新发现的黑洞对其伴星吸积很是微弱，是一个“安静暖和”的恒星级黑洞“冠军”。
特别金属品貌指向理论“禁区”
从2015年起，美国激光干与引力波天文台（LIGO）及欧洲室女座引力波天文台（Virgo）的引力波不雅测尝试已发现了几十倍太阳质量的黑洞，质量远高于先前已知的银河系里的恒星级黑洞。
可是，新发现的这颗70倍太阳质量的超等黑洞，确认了银河系存在着更年夜质量的恒星级黑洞，刷新了人类对恒星级黑洞质量上限的认知。
恒星有个属性叫金属品貌，指的长短氢氦元素在恒星中的比值。论文第一作者刘继峰先容说，一般模子以为年夜质量恒星级黑洞首要构成于低金属品貌（低于1/5太阳金属品貌）情况中，LB-1却有一个与太阳金属品貌附近的B型星。今朝恒星演变模子只许可在太阳金属品貌下构成最年夜为25倍太阳质量的黑洞，是以，LB-1中黑洞的质量已进进了现有恒星演变理论的“禁区”。
现有理论以为，恒星在构成黑洞前，会吹出星风损失物资，是以恒星级黑洞不会出格重。宇宙中最重的恒星年夜概只有几百个太阳质量，理论预言其演变晚期构成的黑洞最年夜也就20多个太阳质量。之前发现的黑洞都没跨越这个量级。
LB-1的发现可能意味着有关恒星演变构成黑洞的理论将被改写，或之前某种黑洞构成机制被轻忽。
另外一种可能性是，LB-1中的黑洞也许不是由一颗恒星坍缩构成的。研究职员料想，LB-1最初是一个三系统统，不雅测到的B型星位于最外轨道，是质量最小的构成部门，而此刻的黑洞是由最初内部的双星构成的双黑洞并合而成。在这类景象下，该系统将是黑洞并合事务的尽佳候选体，并为研究三系统统中双黑洞构成供给了唯一无二的尝试室。
“光谱之王”和“黑洞之王”彼此成绩
天文学家给这个包括黑洞的双星系统定名为LB-1，是为了记念LAMOST在发现这颗庞大恒星级黑洞上作出的进献。
这颗“黑洞之王”的发现充实证实了LAMOST千里镜壮大的光谱获得能力。LAMOST具有4000颗“眼睛”（4000根光纤），一次能不雅测近4000个天体。
2019年3月，LAMOST公然发布了1125万条光谱，成为全球首个冲破万万的光谱巡天项目，被天文学家誉为全球光谱获得率最高的“光谱之王”。
从2016年11月起头，为了发现和研究光谱双星，研究职员操纵LAMOST对3000多颗恒星用时两年进行了26次不雅测，累计暴光时候约40小时。若是操纵一架通俗4米千里镜专门来寻觅如许一颗黑洞（一年不雅测365天，天天不雅测8小时），一样的概率下，则需要40年的时候！这充实表现出LAMOST超高的不雅测效力！
“工欲善其事必先利其器”，这颗迄今为止最年夜质量的恒星级黑洞，标记着操纵LAMOST巡天上风搜索黑洞新时期的到来。
相信“光谱之王”和“黑洞之王”的彼此成绩将成为天文界的一段美谈。
LB-1是一个X射线辐射安好的双星系统，操纵常规X射线方式搜索这类黑洞是行欠亨的。持久以来，人们以为径向速度监测可以发现安静态的黑洞双星，这颗迄今最年夜质量黑洞的发现证实了这一点。操纵LAMOST年夜范围巡天上风和速度监测方式，相信天文学家将会发现一批深躲不露的安静态黑洞, 从而慢慢揭开这个“暗中家族”的黑幕，为研究黑洞成员的构成演变和质量散布迈出标记性的一步。就像LIGO台长年夜卫·雷茨评论的，LB-1的发现将鞭策黑洞天体物理研究的回复。
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