恒星級(jí)黑洞由大質(zhì)量恒星死亡形成，根據(jù)理論推算，上億個(gè)恒星量級(jí)的黑洞“潛行”于茫茫星海中，想要找到它們卻并不容易。

　　我國(guó)天文學(xué)家利用郭守敬望遠(yuǎn)鏡，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)迄今為止最大質(zhì)量的恒星級(jí)黑洞，約為70倍太陽(yáng)質(zhì)量。這一發(fā)現(xiàn)，有望推動(dòng)恒星演化和黑洞形成理論的革新，也開辟了利用郭守敬望遠(yuǎn)鏡巡天優(yōu)勢(shì)搜尋黑洞的新路徑。

　　近日，國(guó)際期刊《自然》在線發(fā)布了中國(guó)天文學(xué)家主導(dǎo)的一項(xiàng)重大成果：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)劉繼峰、張昊彤研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）發(fā)現(xiàn)了一顆迄今為止最大質(zhì)量的恒星級(jí)黑洞。這是繼今年4月，黑洞首次展露“真顏”后，又一相關(guān)重大發(fā)現(xiàn)。

　　這顆70倍太陽(yáng)質(zhì)量的超大恒星級(jí)黑洞遠(yuǎn)超理論預(yù)言的質(zhì)量上限，顛覆了人們對(duì)恒星級(jí)黑洞形成的認(rèn)知，堪稱“黑洞之王”，有望推動(dòng)恒星演化和黑洞形成理論的革新。

　　上億黑洞“深藏不露”，尋找它們是難點(diǎn)

　　1915年愛(ài)因斯坦提出廣義相對(duì)論，德國(guó)物理學(xué)家卡爾·史瓦西推導(dǎo)出了愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程式的一個(gè)精確解，預(yù)言了黑洞的存在，自此人類就沒(méi)有停止過(guò)對(duì)它的想象和探索。

　　神秘的黑洞是怎樣形成的？像宇宙萬(wàn)物一樣，恒星也會(huì)衰老死亡。一些大質(zhì)量恒星在核聚變反應(yīng)燃料耗盡時(shí)，內(nèi)核會(huì)急劇坍縮，當(dāng)其質(zhì)量大于約3倍太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)，便會(huì)坍縮為一個(gè)奇點(diǎn)，成為黑洞。由于其密度極高、引力超強(qiáng)，即便是光也無(wú)法從它身邊逃離。

　　按照其質(zhì)量不同，天文學(xué)家將黑洞大致分為三類：恒星級(jí)黑洞（100倍太陽(yáng)質(zhì)量以下）、中等質(zhì)量黑洞（100倍—10萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量）和超大質(zhì)量黑洞（10萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量以上）。

　　劉繼峰說(shuō)：“恒星級(jí)黑洞是由大質(zhì)量恒星死亡形成的，在宇宙中廣泛存在。根據(jù)理論推算，銀河系中應(yīng)該存在著上億個(gè)恒星量級(jí)的黑洞?！?/P>

　　然而，想要在茫茫宇宙中尋找到它們卻并不容易。因?yàn)楹诙醋陨聿话l(fā)射和反射電磁波，儀器和肉眼都無(wú)法直接觀測(cè)到它。

　　該怎么辦？天文學(xué)家們嘗試尋找各種間接證據(jù)，經(jīng)過(guò)探索研究，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象：黑洞會(huì)“吃東西”。它在接近一顆恒星組成雙星系統(tǒng)時(shí)，會(huì)以強(qiáng)大的“胃口”直接把對(duì)方的氣體物質(zhì)吸過(guò)來(lái)，形成吸積盤，并發(fā)射出明亮的X射線光。通過(guò)探測(cè)這些X射線光，可以判斷并選出黑洞候選體，再通過(guò)進(jìn)一步監(jiān)測(cè)伴星的運(yùn)動(dòng)，可以測(cè)量黑洞的質(zhì)量并最終確認(rèn)其存在。

　　劉繼峰介紹說(shuō)，過(guò)去的50年里，天文學(xué)家通過(guò)這種方法發(fā)現(xiàn)了約20顆黑洞，質(zhì)量均在3到20倍太陽(yáng)質(zhì)量之間。

　　但是，按照理論預(yù)測(cè)，銀河系中應(yīng)該有上億顆恒星級(jí)黑洞，而在黑洞雙星系統(tǒng)中，能夠發(fā)出X射線的只占一小部分。那么，“沉默”的大多數(shù)該如何被尋找到呢？于是，找到新方法，去發(fā)現(xiàn)數(shù)量巨大且沒(méi)有X射線輻射的黑洞，成了天文學(xué)界近年來(lái)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　超大質(zhì)量黑洞，超出模型理論上限

　　2016年秋，國(guó)家天文臺(tái)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用郭守敬望遠(yuǎn)鏡開展雙星課題研究，歷時(shí)兩年監(jiān)測(cè)了開普勒一個(gè)天區(qū)（K2—0）內(nèi)的3000多顆恒星。

　　在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，有一顆“走路拉風(fēng)”的B型星引起了研究人員的關(guān)注：這顆8倍太陽(yáng)質(zhì)量的藍(lán)色恒星，一直在圍繞一個(gè)“看不見的天體”做著周期性運(yùn)動(dòng)。

　　團(tuán)隊(duì)成員、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)研究生鄭傳杰說(shuō)：“它的光譜攜帶了非常豐富的信息，除了可以獲取它的有效溫度、表面重力、金屬豐度等重要信息外，光譜中還有一條近乎靜止且運(yùn)行方向和B型星反相位的發(fā)射線，這點(diǎn)很不尋常?！?/P>

　　通過(guò)各種跡象，研究人員推測(cè)，那個(gè)被B型星圍繞的“看不見的天體”極有可能是一個(gè)黑洞。

　　“根據(jù)多個(gè)望遠(yuǎn)鏡的多次觀測(cè)，我們進(jìn)一步確認(rèn)了B型星的性質(zhì)。根據(jù)光譜信息，計(jì)算出B型星的金屬豐度約為1.2倍太陽(yáng)豐度，質(zhì)量約為8倍太陽(yáng)質(zhì)量，年齡約為35百萬(wàn)年，距離我們1.4萬(wàn)光年?！编崅鹘苷f(shuō)：“接著，根據(jù)B型星和其光譜中那條‘特殊’發(fā)射線的速度振幅之比，計(jì)算出該雙星系統(tǒng)中存在一個(gè)質(zhì)量約為70倍太陽(yáng)質(zhì)量的不可見天體。質(zhì)量如此之大的，只能是黑洞。”

　　據(jù)劉繼峰回憶，最初得到結(jié)果時(shí)，所有人都不敢相信。因?yàn)?，目前恒星演化模型只允許在太陽(yáng)金屬豐度下形成最大為25倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，這顆新發(fā)現(xiàn)的黑洞質(zhì)量已經(jīng)超出了理論范圍。

　　《自然》雜志的審稿人對(duì)此也非常謹(jǐn)慎，提出很多問(wèn)題。研究團(tuán)隊(duì)反復(fù)計(jì)算確認(rèn)，“最終結(jié)果不變。這可能意味著有關(guān)恒星演化形成黑洞的理論將被改寫，或者以前某種黑洞形成機(jī)制被忽視。”劉繼峰說(shuō)。