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2018年

我国天文学家发现迄今最大恒星级黑洞<br>星海“

我国天文学家使用LAMOST发明迄今最大年夜的恒星级黑洞LB-1的艺术想象图。喻京川/绘(新华社发)

物理学家史蒂芬·霍金在其遗作《十问》中写道:“事实无意偶尔候比小说更巧妙,黑洞最能真实地表现这一点,它比科幻作家想象的任何器械都更巧妙。”

如今,一个恒星级黑洞被我国天文学家发明。11月28日,中国科学院国家天文台在北京发布:该台刘继峰、张昊彤钻研团队,依托我国自立研制的国家重大年夜科技根基举措措施郭守敬千里镜,发明一个迄今为止质量最大年夜的恒星级黑洞,这个黑洞质量约为太阳的70倍,远超理论预言的质量上限,堪称“恒星级黑洞之王”。

同日早晨,国际知论理学术期刊《自然》在线颁发了这一成果的论文。

上亿个黑洞去哪儿了

黑洞,是一种体积极小、质量极大年夜的天体,犹如一个宇宙“吞噬之口”。1915年,爱因斯坦提出广义相对论,之后,德国物理学家卡尔·史瓦西推导出爱因斯坦场方程式的正确解,预示了黑洞的存在。

自此,人类就从未竣事对黑洞这种神秘天体的想象和探索。

2015年,天文学家首次探测到的引力波,为黑洞的存在供给了更为详细的证据;2019年,天文学家历时10年使用四大年夜洲八个不雅测点捕获了黑洞的视觉证据——首张黑洞“芳容”,让这个曾经“看不见摸不着”的天体有了边幅。

黑洞为何让天文学家如斯入神?

按照刘继峰的说法,黑洞最大年夜的特征之一便是“密度出奇地大年夜”。有多大年夜?把10倍于太阳质量的恒星,压缩到直径为北京六环大年夜小的球体中,这样的密度就相称于黑洞的密度。也是以,黑洞具有超强的吸引力,任何试图从它身边“逃离”的物质都以掉败了却,就连速率最快的光也不例外。

根据黑洞质量的不合,天文学家将黑洞大年夜致分为100倍太阳质量以下的恒星级黑洞,100-10万倍太阳质量的中等质量黑洞,以及10万倍太阳质量以上的超大年夜质量黑洞。

这此中的恒星级黑洞,由大年夜质量恒星逝世亡形成,是宇宙中广泛存在的“居夷易近”。按照理论猜测,银河系中应该有上亿颗恒星级黑洞,然而,在以前几十年,人类只发清楚明了约20个。

“剩下的上亿个黑洞到底去哪儿了?”刘继峰奉告记者,这些黑洞本身不发光,天文学家要想在茫茫宇宙中探求到它们,并不轻易。

他打了一个比方:黑洞虽然不发光,但当它与一颗正常恒星组成一个双星系统时,就会露出“狰狞”面貌,以强大年夜的“胃口”把恒星伴星上的气体物质吸过来,形成吸积盘,发出豁亮的X射线,这些X射线就犹如这些物质被黑洞吞噬前的“回光返照”。便是这一“照”,成为天文学家追寻黑洞踪迹强有力的线索。

此前,银河系中险些所有的恒星级黑洞,都是经由过程黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来识别的。以前的50年里,科学家用该种措施发清楚明了约20个黑洞,质量均在3到20倍太阳质量之间。

“不过,当黑洞和它的伴星间隔较远时,我们的‘大年夜胃王’也会体现出镇定温和的一壁,那对付这些镇定态的黑洞若何来征采?”刘继峰说。

在发明如今这颗“黑洞之王”的历程中,中国天文学家给出了自己的谜底。

一颗“走路拉风”的恒星

2016年事首?年月,中科院国家天文台钻研员、郭守敬千里镜科学巡天部主任张昊彤和中科院院士韩占文提出使用郭守敬千里镜不雅测双星光谱、开展双星系统的钻研计划,并选择3000多个天体筹备进行700多天的光谱监测。

这此中,一颗“走路拉风”的B型星,引起了钻研职员的关注:这颗蓝色恒星老是环抱一个“看不见的天体”做周期性运动。不合平常的光谱特性注解,那个“看不见的天体”,极有可能是一个黑洞。

据刘继峰团队成员、中国科学院大年夜学钻研生郑传杰先容,这条郭守敬千里镜“眼中”的B型星光谱,携带了异常富厚的信息,除了可以获取它的有效温度、外面重力、金属丰度等紧张信息外,光谱中一条近乎静止的明线,给它增加了足够的神秘感。

“这颗B型星背后会不会有故事,它到底在绕着看不见的‘谁’运动,莫非真的是黑洞?”郑传杰说。

中国钻研团队随即进行“确认”:为了搞清楚这颗特殊恒星背后的本相,他们经由过程西班牙10.4米口径加纳利大年夜千里镜的21次不雅测,以及美国10米口径凯克千里镜的7次高分辨率不雅测,确认了这个双星系统的光谱性子:B型星约为8倍太阳质量,间隔地球1.4万光年,而那个“看不见的天体”——质量约为太阳的70倍。

“这么大年夜的质量,它只能是黑洞。”刘继峰说。

B型星背后的黑洞,就这样被天文学家发明。刘继峰说,最初获得这个结果,团队都认为意外,不敢信托,《自然》杂志审稿人也异常审慎,提出很多问题,反复和中国团队确认。“终极照样这个结果,这意味着有关恒星演化形成黑洞的理论可能将被‘改写’,或者还有某种黑洞形成机制被人们漠视了。”

“没有两年前茫茫星海的‘撒网’,便没有本日这个‘主角’的呈现。”据中科院国家天文台高档工程师白仲瑞先容,为了纪念郭守敬千里镜在发明这个伟大年夜恒星级黑洞上作出的供献,天文学家给这个包孕黑洞的双星系统命名为LB-1。

与其他已知的恒星级黑洞不合,LB-1从未在任何X射线不雅测中被探测到,这个黑洞对其伴星吸积异常微弱,是一个“镇定温和”的恒星级黑洞“冠军”。

踏入颠覆认知的理论禁区

事实上,国际天文学界也从未竣事对付黑洞的捕捉。

从2015年起,美国激光过问引力波天文台(LIGO)经由过程探测引力波的措施发清楚明了数十倍太阳质量的黑洞。2017年,LIGO的3位主要成员雷纳·韦斯、基普·索恩和巴里·巴里什,还因在LIGO的建造和引力波探测方面的供献被赋予诺贝尔物理学奖。

不过,当前主流的恒星演化模型预言,在太阳金属丰度下,只能形成最大年夜为25倍太阳质量的黑洞。如今,中国发明的这个70倍太阳质量的超级黑洞,已经进入该理论的禁区,颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知。

美国激光过问引力波天文台(LIGO)台长大年夜卫·雷茨对中国这一成果评论道,“这一不凡的成果,将迫使天文学家‘改写’恒星级质量黑洞的形成模型,推动黑洞天体物理钻研的中兴”。

值得一提的是,这个恒星级黑洞之王的发明,再一次证明了中国郭守敬千里镜强大年夜的光谱获取能力。

据张昊彤先容,郭守敬千里镜拥有4000根光纤,相称于4000颗“眼睛”,一次能不雅测近4000个天体。今年3月,郭守敬千里镜公开宣布了1125万条光谱,成为举世首个冲破切切的光谱巡天项目,被天文学家誉为全天下光谱获取率最高的“光谱之王”。

刘继峰说,这个迄今为止最大年夜质量的恒星级黑洞,也是郭守敬千里镜发明的第一个黑洞,它的呈现标志着使用郭守敬千里镜巡天上风征采黑洞新期间的到来。

据他走漏,接下来,中国团队将开展一个“黑洞猎手”计划,估计在未来5年内发明并丈量近百个黑洞,并刻画出一幅黑洞群像图。

刘继峰说,借此天文学家有望再发明一批“深藏不露”的镇定态黑洞,慢慢揭开这个黑洞家族的“面纱”,创始黑洞批量发明的新纪元。

中国青年报北京11月28日电

中国青年报·中国青年网记者 邱晨辉