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歷時兩年觀測 中國捕獲「黑洞之王」

時間:2019-11-29 04:24:55來源:大公報

  圖:中科院國家天文台副台長、研究員劉繼峰(右一)在發布會上答問(新華社

  中國科學院國家天文台28日宣布,該台研究團隊依託以元朝天文學家郭守敬命名的望遠鏡(LAMOST),歷時兩年觀測,發現了一個迄今質量最大的恆星級黑洞LB-1。這個黑洞質量約為太陽70倍,堪稱「黑洞之王」,遠超理論預言的質量上限,有望推動恆星演化和黑洞形成理論的革新。該研究成果28日已在國際知名學術期刊《自然》上發表。/大公報記者周琳北京報道

  這項工作是基於LAMOST(中國河北興隆)、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,由中國科學院國家天文台研究員劉繼峰、張昊彤領導的55國研究團隊完成。

  黑洞是一種體積極小、質量極大的天體,如同一個宇宙「吞噬之口」,連光也無法逃逸。根據黑洞質量的不同,天文學家將黑洞大致分為恆星級黑洞——100倍太陽質量以下,中等質量黑洞——100-10萬倍太陽質量,超大質量黑洞——10萬倍太陽質量以上。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。但天文學家迄今僅在銀河系發現約20顆恆星級黑洞,且質量均小於20倍太陽質量,需通過黑洞吸積伴星氣體所發出的X射線來識別。

  「光譜之王」LAMOST極目穹蒼

  找到新的方法,發現數量巨大、沒有X射線輻射的黑洞,成了天文學界近年來研究的熱點和難點。2016年秋季開始,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,在距離地球約1.4萬光年的一個X射線輻射寧靜的雙星系統(LB-1)中,一顆8倍太陽質量的藍色恆星,圍繞一個「看不見的天體」做着周期性運動。

  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LB-1的光譜性質,計算出該黑洞的質量大約是太陽的70倍。

  劉繼峰告訴記者,在兩年之久的監測時間裏,LAMOST共為這項研究做了26次觀測,累積曝光時間約40個小時。「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。」

  批量發現黑洞指日可待

  當前主流的恆星演化理論指,在太陽金屬豐度(天體和其他宇宙物質中除氫和氧之外,所有元素的原子總數或總質量的相對含量)下只能形成最大為25倍太陽質量的黑洞。劉繼峰表示,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」。

  美國激光干涉引力波天文台(LIGO)從2015年起,通過探測引力波的方法發現了數十倍太陽質量的黑洞。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,中國科學家的這一成果,將改寫恆星級黑洞的形成模型。借助郭守敬望遠鏡超高的觀測效率,天文學家未來還有望發現一大批「深藏不露」的平靜態黑洞,開創批量發現黑洞的新紀元。

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