最近，天文界發(fā)生了一件大事。
我國天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆迄今最大質(zhì)量的恒星級黑洞。
新聞聯(lián)播及各大媒體的報道鋪天蓋地，風(fēng)頭一時無兩。
11月28日，國際頂尖科學(xué)期刊《自然》發(fā)布了這項重大發(fā)現(xiàn)，中國科學(xué)院國家天文臺劉繼峰、張昊彤研究團隊，利用我國自主研制的國之重器郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST），發(fā)現(xiàn)了這顆生活在銀河系里的恒星黑洞，其質(zhì)量約為70倍太陽質(zhì)量，遠(yuǎn)超理論預(yù)言的質(zhì)量上限，顛覆了人類的認(rèn)知。劉繼峰說：這顆領(lǐng)跑恒星黑洞界的“小霸王”闖進入了天文學(xué)規(guī)律的“禁區(qū)”，它的出現(xiàn)將推動恒星演化理論的革新。
那么問題來了，70倍太陽質(zhì)量的黑洞就能稱“王”了？它是如何被發(fā)現(xiàn)的？
黑洞家族等級制
黑洞，本身不發(fā)光，看不見摸不著，具有超強的吸引力，任何從其身邊經(jīng)過的物質(zhì)，就連速度最快的光也無法逃離，堪稱宇宙的真空吸光器。把10倍于太陽質(zhì)量的恒星壓縮到直徑為北京六環(huán)大小的球體中，這樣的密度就相當(dāng)于黑洞的密度。
天文學(xué)家按照質(zhì)量將黑洞分為三類，如下圖：
圖為 黑洞分類圖 （奇真繪）
天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的這顆70倍太陽質(zhì)量的黑洞就屬于恒星級黑洞。
理論預(yù)言銀河系中應(yīng)該有上億顆這種恒星級黑洞。但是過去幾十年，人們只發(fā)現(xiàn)了大概20個，質(zhì)量均在3-20倍太陽質(zhì)量之間。因此這顆70倍太陽質(zhì)量的黑洞名副其實成為了恒星黑洞家族的小霸王。
那其余上億顆恒星級黑洞哪去了，為何這么難找？天文學(xué)家都用什么辦法尋找黑洞？
目前天文學(xué)家想到的方法匯成一句話：要么聽，要么看，要么找伙伴。
聽：
通過引力波實驗聆聽時空震顫的漣漪追尋雙黑洞并合事件，只適用于稀少的雙黑洞。
看：
如果黑洞與一顆正常恒星組成一個密近雙星系統(tǒng)，黑洞以強大的“胃口”直接把恒星伴星上的氣體物質(zhì)吸過來，形成吸積盤，發(fā)出明亮的X射線光。通過“看”X射線光就可以追尋到黑洞了。
圖為 黑桐吸積噴射出X射線的藝術(shù)想象圖（來自網(wǎng)絡(luò)）
找伙伴：
當(dāng)黑洞和它的伴星相距較遠(yuǎn)，“大胃王”也會表現(xiàn)出平靜溫和的一面，不易發(fā)現(xiàn)。這時候只能通過伴星小伙伴的運動來尋找黑洞，但這種方法前提是有大望遠(yuǎn)鏡助陣高效地找到伴星。
目前銀河系中已發(fā)現(xiàn)的恒星級黑洞都是通過”看”的方法找到的，然而黑洞雙星系統(tǒng)中，能發(fā)出X射線的只占一小部分。天文學(xué)家試圖打破傳統(tǒng)方法局限，利用“找伙伴”的方法發(fā)現(xiàn)沉默的大多數(shù)恒星黑洞。這顆70倍質(zhì)量的黑洞的發(fā)現(xiàn)證實了新方法的可行。
走路拉風(fēng)的小伙伴
2016年初，研究人員利用LAMOST觀測雙星，開展雙星研究計劃，對一個天區(qū)中的3000多顆星進行了為期兩年的觀測。這其中有一顆“走路拉風(fēng)”的很亮的藍(lán)色恒星引起了研究人員的關(guān)注，似乎在圍繞著一個看不見的天體做周期性運動。它到底在繞著看不見的“誰”運動？莫非真的是黑洞?。?！每一個專業(yè)天文學(xué)家都是一個厲害的福爾摩斯。通過研究LAMOST眼中這顆藍(lán)色恒星的光譜特征，他們找到了黑洞的線索。光譜就像識別星星身份的“基因”，包含豐富的信息。藍(lán)色恒星的光譜中包含了黑洞的“基因”。
圖為 這顆新發(fā)現(xiàn)黑洞的藝術(shù)想象圖（喻京川繪）
為了進一步驗證，研究人員利用西班牙10.4米口徑加納利大望遠(yuǎn)鏡和美國10米口徑凱克望遠(yuǎn)鏡進行高分辨率觀測，進一步確認(rèn)了這個雙星系統(tǒng)的性質(zhì)。最終，研究人員估算出這顆看不見天體的質(zhì)量約為70倍太陽質(zhì)量，這么大的質(zhì)量，它只能是黑洞，而且是迄今最大質(zhì)量的恒星級黑洞。
圖為 已發(fā)現(xiàn)的黑洞的質(zhì)量分布，橙色圓代表這次新發(fā)現(xiàn)的黑洞
到底身懷什么絕技，單槍匹馬的一顆黑洞可以推動天文學(xué)基本規(guī)律的革新？
目前的恒星演化理論預(yù)言，在太陽金屬豐度下只能形成最大為25倍太陽質(zhì)量的的黑洞，顯然，這顆黑洞已經(jīng)突破了現(xiàn)有理論的限制，極大地挑戰(zhàn)了天文學(xué)的規(guī)律。因此，它的出現(xiàn)意味著有關(guān)恒星演化形成黑洞的理論被改寫，或者某種黑洞形成機制被忽視。
一眼千星的優(yōu)勢
這顆黑洞就在銀河系中，離我們并不太遠(yuǎn)，為何之前從未被觀測到呢？
因為這顆黑洞所在的雙星系統(tǒng)X射線微弱，“看”的方法是找不到它的。
天文學(xué)家通過觀測伴星的運動軌跡發(fā)現(xiàn)了它，這種方法的前提是——每顆恒星你要長時間觀測成百上千次，才能確定運動軌跡的規(guī)律，而天上星星如此多，這個工作量堪比“大海撈針”。LAMOST恰好可以解決這個問題，LAMOST是目前全世界光譜獲取率最高的望遠(yuǎn)鏡，也是全球首個光譜獲取數(shù)突破千萬的光譜巡天項目。4米口徑，4000顆眼睛（光纖），一眼可以觀測到4000個星星。因此“大海撈針”的任務(wù)非他莫屬，如果同等口徑的望遠(yuǎn)鏡執(zhí)行這次黑洞搜尋任務(wù)，則需要40年之久。
這顆黑洞小霸王的出現(xiàn)，標(biāo)志著利用LAMOST巡天優(yōu)勢搜尋黑洞新時代的到來。值得期待的是，國家天文臺研究團隊將利用LAMOST開展一個黑洞獵手計劃，預(yù)計五年內(nèi)發(fā)現(xiàn)并測量更多黑洞，描繪出一幅黑洞的群像，從而開創(chuàng)批量發(fā)現(xiàn)黑洞的新紀(jì)元。
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