“颠覆人们对恒星级黑洞形成的以前传下来认识揭开“黑洞之王”的神秘面纱”

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原标题:人们以前对恒星级黑洞形成的认识——揭开黑洞之王的神秘面纱

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，依靠中国自主研发的郭守敬望远镜lamost，成功“活捉”了“黑洞之王”。 这颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认识，期待着推进恒星演化和黑洞形成理论的改革创新——宇宙的神秘面纱逐渐明朗。

“事实有时比小说还奇怪，黑洞最能真实地表现它，它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，在银河系内发现的恒星级黑洞，是太阳质量的70倍，距离我们约1.5万光年。

恒星黑洞中的这个“小霸王”黑洞，质量超乎科学家们的想象。 专家们说:“这是一个让天文学家改写恒星黑洞形成模型的了不起的发现。”

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·施瓦西推导出爱因斯坦场方程的精确解，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，捕捉到了黑洞的视觉证据——第一个黑洞“芳容”，使其对曾经“无法触摸”的奇怪天体具有亲和性。

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，连最快的光都逃不掉——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”。 如果黑洞和正常恒星构成附近的双星系统，黑洞就会露出凶恶的爪子牙齿，以强烈的“食欲”直接吸收这颗伴星的气体物质，形成吸积盘，发出明亮的x光光。 这些x光就像被黑洞吞噬之前的“回光石”，这张“照片”成为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“大餐”也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

发现，距离地球1.5万光年的恒星级“黑洞之王”与默默奉献的“大功臣”——lamost密不可分。 “如果使用普通的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。 白仲瑞解释说:“换言之，光谱就像天体的‘条形码’。”

并且，收集这些大量的“条形码”是“光谱之王”——lamost擅长的。 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”。

“想要搞好工作，就必须利用其器皿”。 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射线安静辐射的双星系统( lb-1 )中，8倍于太阳质量的蓝色恒星围绕“隐形天体”周期性运动，这个“隐形天体”还呈现出罕见的光谱特性。

这颗B型星的背后一定有故事，围绕着看不见的“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。 “在其他证据的辅助下，研究人员计算出这个双星系统中存在着约为太阳质量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。 “在接下来两年的监测时间内，lamost为了这项研究进行了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光天文台观测到这个源头时，发现这个新发现的黑洞对伴星的吸收非常弱，是“平静温和”的恒星级黑洞“冠军”。

这个发现有什么意义？ 从2009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，在这一年里，雷纳·韦斯、基普·索恩和巴里·巴里·巴里·巴里什因对ligo的建设和引力波探测做出了贡献而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，天文学家发现了不发出声色的平坦静态黑洞，揭开了这个黑暗的“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，天文学家有望开辟一个大量发现“无声”黑洞、大量发现黑洞的新时代。 ”刘继峰说。 (记者沈慧)

来源：人民视窗网