我国天文学家发现迄今最大恒星级黑洞:距地球1.5万光年,质量比太阳大70倍

Evelyn Zhang

由中国科学院国家天文台的刘继峰教授率领的国际团队发现了一个恒星级黑洞,其质量比太阳大70倍。这个巨大的黑洞距离地球15,000光年,被研究人员命名为LB-1。今日凌晨,最新一期《自然》(Nature)杂志报道了这一发现。

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(图文无关)

银河系估计有1亿个恒星黑洞,这是由大质量恒星坍缩形成的宇宙天体,因此即使是光也无法逃脱。到目前为止,科学家估计我们银河系中单个恒星黑洞的质量不超过太阳的20倍。但是中国领导的国际科学家团队发现的这个巨大的黑洞,推翻了这一假设。这颗70倍太阳质量的超级黑洞,刷新了人类对于恒星级黑洞质量上限的认知!

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这项发现令人惊讶。刘教授说:“根据目前大多数恒星演化模型,在我们的星系中甚至不应该存在如此质量的黑洞。” 

恒星黑洞通常是在超新星爆炸后形成的,这种现象在超大型恒星的生命尽头燃烧时发生。但LB-1不是由超新星形成的,而是由另一种物理机制形成的。“我们认为具有非常典型星系化学成分的巨大恒星,随着寿命的临近,必须在强大的恒星风中释放出大部分气体。因此,它们不应留下如此巨大的残余物。LB-1是我们想象的两倍大。现在,理论家将不得不面对解释其形成的挑战。”

直到几年前,只有当黑洞吞噬伴星发出的气体时,才能发现恒星黑洞。这个过程产生了强大的X射线发射,可以从地球上探测到,从而揭示了坍塌物体的存在。

但是,我们银河系中的绝大多数恒星黑洞都没有光,因此不会发射出清晰的X射线。结果就是,只有大约二十个银河系恒星黑洞被很好地识别和测量。

为了克服这一局限性,刘教授和合作者使用中国的大天空区多目标光纤光谱望远镜——郭守敬望远镜(LAMOST)对天空进行了调查,寻找由其引力拉动的围绕不可见物体的恒星。

这种观测技术最早由有远见的英国科学家约翰·米歇尔(John Michell)于1783年提出,但是随着望远镜和探测器的最新技术改进,该观测技术才变得可行。尽管如此,这样的搜索仍然像在大海捞针中寻找众所周知的针:千万颗恒星中可能只能找到那么一两颗绕黑洞运行的。

最初的发现之后,天文学家们曾使用世界上最大的光学望远镜——西班牙的10.4米Gran Granscopio Canarias和美国的10米Keck I望远镜——来确定系统的物理参数。结果令人惊奇:一颗比太阳重八倍的恒星每79天绕70个质量为太阳质量的黑洞运行一周。

LB-1的发现非常适合天体物理学的另一项突破。最近,激光干涉仪引力波天文台(LIGO)和处女座引力波探测器已经开始捕获由于遥远星系中黑洞的碰撞而引起的时空波动。有趣的是,此类碰撞所涉及的黑洞也比以前认为的典型黑洞大得多。

LB-1证明,即使在离我们不那么遥远的宇宙空间甚至银河系,也存在着大量的恒星状黑洞。美国佛罗里达大学的LIGO主任David Reitze教授说:“这一发现迫使我们重新审查恒星质量黑洞形成的模型。”

Reitze表示:“这项杰出的成果以及过去四年来LIGO-Virgo对二进制黑洞碰撞的探测,确实表明我们对黑洞天体物理学的认识正在复兴。”

据悉,2016年秋季开始,国家天文台领导的研究团队就开始利用LAMOST开展双星课题研究,他们通过西班牙10.4米口径加纳利大望远镜和美国10米口径凯克望远镜,进一步确认了LB-1的光谱性质,计算出该黑洞的质量大约是太阳的70倍。

本研究共包括55位作者,来自中国、美国、西班牙、澳大利亚、意大利、波兰和荷兰7个国家29家单位。在两年之久的监测时间里,LAMOST共为这项研究做了26次观测,累积曝光时间约40个小时。

可行性研究报告

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