“揭开“黑洞之王”的神秘面纱”

本篇文章3357字，读完约8分钟

①银河中心存在的超大质量黑洞。 (资料来源:美国航天局)

②巨大黑洞艺术的想象图。 喻京川绘

③我国自主开发的郭守敬望远镜lamost。 (资料图像)

追逐着浩瀚宇宙中那遥远神秘的天体，数百年来无数科学家将走在前面接班。 11月28日凌晨，中国科学家宣布，依靠中国自主开发的郭守敬望远镜lamost，成功活捉了黑洞之王。 这点稍微揭开了人们对恒星级黑洞形成的认识，推动恒星演化和黑洞形成理论改革创新的宇宙神秘面纱。

事实有时候比小说还奇怪，黑洞最能真实地表现出来，比科幻作家想象的还要奇怪。 霍金在最后一本书《十问》中这样写道。

经过科学家们不懈的努力，11月28日凌晨，中国科学家依靠中国自主开发的郭守敬望远镜lamost，成功地活捉到了在黑洞之王银河系内发现的恒星级黑洞，约为太阳质量的70倍，距离我们1

恒星黑洞中的这个小霸王黑洞，质量超乎科学家们的想象。 这是一个惊人的发现，让天文学家改写恒星系黑洞的形成模式。 专家们说。

宇宙吸光器

1915年爱因斯坦提出广义相对论，德国物理学家卡尔斯·巴希推导出爱因斯坦场方程的正确解，预言了黑洞的存在。 从那以后，人类就没有停止过对这个神秘天体的想象和探索。 年，首次检测到的引力波为黑洞的存在提供了更具体的证据。 今年，天文学家用四大洲的8个观测点历时10年捕获了黑洞视觉证据的第一个黑洞芳容，对以前看不到的奇怪天体赋予了一点亲和力。

黑洞是什么，为什么一代天文学家这么喜欢？ 本身不发光，具有超强的吸引力，通过其身边的物质，连最快的光也无法逃离黑洞，是名副其实的宇宙真空吸光器。 不仅如此，其密度大得惊人。 有多大呢？如果把恒星压缩成直径为北京六环大小的球体，就会相当于黑洞的密度。

根据黑洞的质量，天文学家将黑洞大致分为恒星系黑洞( 100倍太阳质量以下)、中质量黑洞( 100倍到10万倍太阳质量)、超大质量黑洞( 10万倍太阳质量以上)。 恒星黑洞是大质量恒星死亡形成的，是广泛存在于宇宙中的居民。

根据科学家们的认识，一颗恒星进化到最后，如果剩下的质量过多，也就是说有三倍以上的太阳质量，白矮星和中子星都无法形成，一旦进入死亡阶段，这颗恒星将因终极重力而持续衰变，最终形成致密的黑洞，这是无力阻止的。

球状星团和矮星系的中心可能有中等质量的黑洞，但银河中心存在超大质量黑洞，例如银河中心有约400万倍太阳质量的超大质量黑洞。 国家天文台研究员刘继峰说。

捕捉黑洞

神秘而感兴趣，若龙潜深渊隐藏着爪牙，潜行着宇宙星海。 黑洞本身不会发光。 天文学家怎么会在广阔的宇宙中发现它们呢？

答案是间接观测。 刘继峰表示，观测验证黑洞一般有两种途径。 一个是引力波实验中聆听时空的涟漪，推测黑洞合并，但这只适用于罕见的两个黑洞，也就是两个星系碰撞合并后产生的两个相互旋转的黑洞。 另一个是通过监视明亮的伴星运动来推测黑洞的存在，并测量黑洞的质量。 在过去的50年中，人们用这种方法发现了约20个黑洞，质量都在3倍到20倍的太阳质量之间。

本来，黑洞不会发光，但他们周围的小伙伴们真的很高调，周边的吸积盘和伴星展现出奇怪的气场。 一旦黑洞和正常恒星组成距离较近的双星系统，黑洞就会露出凶恶的爪子牙齿，以强烈的食欲直接吸入这颗伴星的气体物质，形成吸积盘，发出明亮的x光。 这些x光就像被黑洞吞噬之前的回光线，是天文学家这几年追寻黑洞痕迹的有力线索。 迄今为止，银河系的大部分恒星系黑洞都是通过黑洞的吸收和来自星星气体的x光来识别的。

按照理论，银河系应该有几亿个恒星系黑洞，但在黑洞双星系统中，能发射x射线的只是一小部分。 黑洞与其伴星相距遥远，我们的大胃王也会展现出平静温和的一面。

那么，如何寻找这些平坦静态的，也就是不吸收星星气体的黑洞呢？ 天文学家在发现这颗最大恒星的黑洞的过程中给出了新的答案。

lamost再次工作

他是距离地球1.5万光年的恒星级黑洞之王，其发现与默默奉献的伟大功臣lamost密切相关。 用普通的4米口径望远镜寻找这样的黑洞，同样的概率需要40年。 这充分展示了lamost的超高观测效率。 刘继峰说。

他说，从20世纪60年代到20世纪70年代，人类为了发现黑洞调动了大量的观测资源，但由于设备的灵敏度和大量数据解决的课题，最终收效甚微。 事实上，科学家们曾想过利用x光来识别黑洞，但很困难。

怎么办？ 发现了新的做法，发现了数量庞大的无x射线辐射黑洞，成为天文学界近年来的研究热点和难点。 关键时刻，中国自主开发的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜lamost很有用。

我们知道黑洞是在大质量恒星死亡后重力崩溃形成的。 研究天体，科学家们经常有明暗、颜色、位置三个观测维度。 中国科学院国家天文台高级工程师白仲瑞介绍说，其中颜色是科学家们经常采用的观测依据，颜色通过光谱特征表现出来。 换言之，光谱就像天体的条形码。 白仲瑞解释。

收集大量条形码是频谱之王lamost擅长的事。 白仲瑞说，lamost有4000只眼睛( 4000根光纤)，一次可以观测近4000个天体。 2019年3月，lamost公开了1125万个光谱，天文学家被誉为世界上光谱获取率最高的光谱之王。

做好工作一定要利用其器皿。 名为lamost的天文利器，帮助天文学家发现今天的主角黑洞之王。

年初，lamost科学巡天部主任张昊顿研究员和云南天文台韩占文院士利用lamost观测双星光谱，开展双星系统的研究计划，选取开普勒一个天区的3000多颗恒星展开了为期两年的光谱监测。 结果表明，在x射线辐射安静的双星系统( lb-1 )中，蓝色恒星绕太阳质量8倍的隐形天体周期性运动，这个隐形天体还显示出罕见的光谱特性。

这颗B型星后面一定有故事。 看不见的，围着谁转？ 真的是黑洞吗！ 天文学家在追寻宇宙真相的道路上，任何可能性都不会轻易放过。 短暂兴奋之后，研究人员协助观测了西班牙10.4米加拿大望远镜和美国10米口径凯克望远镜，进一步确认了B型星的光谱特性。

根据光谱新闻，B型星的金属丰度约为1.2倍太阳丰度，质量约为8倍太阳质量，年龄约为35百万年，距离我们1.4万光年。 辅助其他证据，研究人员计算出这个双星系统中存在约为太阳质量70倍的不可见天体，只有黑洞。 刘继峰说。

从以前就传来了熟人

故事还没有结束。

根据目前的恒星演化模型，只允许在太阳金属丰度上形成最多25倍太阳质量的黑洞。 因此，在lb-1中，黑洞的质量进入了现有恒星进化理论的禁区。 换言之，银河系中每个恒星黑洞的质量不应该超过太阳的20倍。 lamost的发现可能意味着恒星演化形成黑洞的相关理论将被改写，或者以前的黑洞形成机制将被忽视。

事实到底怎么样？ 答案是:继续观测验证。 在接下来的两年的监测时间里，lamost为此研究进行了26次观测，累计曝光时间约为40小时。 刘继峰说。

时间不深。 最终的结果达成了lamost的这个好故事。 为了纪念lamost为发现这个巨大的恒星系黑洞做出的贡献，天文学家给包括黑洞在内的这个双星系统命名为lb-1。 与其他已知的恒星系黑洞不同，lb-1在任何x射线观测中都检测不到，该黑洞离伴星很远，有1.5倍的日距离。 研究人员在美国钱德拉x光天文台观测到了这个源头，发现这个新发现的黑洞对伴星的吸收非常弱，是温和的恒星级黑洞冠军。

这个发现有什么意义？ 从2007年开始，美国激光干涉引力波天文台ligo通过探测引力波发现了太阳质量数十倍的黑洞，同年，雷纳·韦斯、基普·索恩、巴里因对ligo的建设和引力波探测做出了贡献，获得了诺贝尔物理学奖。

刘继峰说，lb-1是一个x射线辐射安静的双星系统，不能用常规的x射线方法搜索这样的黑洞。 长期以来，半径方向的速度监测被认为可以发现平坦静态的黑洞双星，迄今为止最大质量的黑洞的发现证实了这一点。 利用lamost大规模巡逻的特点和速度监控方法，天文学家发现了无声无息的静态黑洞，逐渐揭开了这个黑暗家族的内幕，相信将为研究黑洞成员的形成演化和质量分布迈出象征性的一步。

其次，利用lamost极高的观测效率，天文学家有望开启发现许多安静的黑洞、大量发现黑洞的新时代。 刘继峰说。 (记者沈慧)