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

　　我國天文學家利用郭守敬望遠鏡，通過長時間、大范圍的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)迄今為止最大質(zhì)量的恒星級黑洞，約為70倍太陽質(zhì)量。這一發(fā)現(xiàn)，有望推動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鏡巡天優(yōu)勢搜尋黑洞的新路徑。

　　近日，國際期刊《自然》在線發(fā)布了中國天文學家主導的一項重大成果：中國科學院國家天文臺劉繼峰、張昊彤研究員領導的研究團隊利用郭守敬望遠鏡（LAMOST）發(fā)現(xiàn)了一顆迄今為止最大質(zhì)量的恒星級黑洞。這是繼今年4月，黑洞首次展露“真顏”后，又一相關重大發(fā)現(xiàn)。

　　這顆70倍太陽質(zhì)量的超大恒星級黑洞遠超理論預言的質(zhì)量上限，顛覆了人們對恒星級黑洞形成的認知，堪稱“黑洞之王”，有望推動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

　　1915年愛因斯坦提出廣義相對論，德國物理學家卡爾·史瓦西推導出了愛因斯坦場方程式的一個精確解，預言了黑洞的存在，自此人類就沒有停止過對它的想象和探索。

　　神秘的黑洞是怎樣形成的？像宇宙萬物一樣，恒星也會衰老死亡。一些大質(zhì)量恒星在核聚變反應燃料耗盡時，內(nèi)核會急劇坍縮，當其質(zhì)量大于約3倍太陽質(zhì)量時，便會坍縮為一個奇點，成為黑洞。由于其密度極高、引力超強，即便是光也無法從它身邊逃離。

　　按照其質(zhì)量不同，天文學家將黑洞大致分為三類：恒星級黑洞（100倍太陽質(zhì)量以下）、中等質(zhì)量黑洞（100倍—10萬倍太陽質(zhì)量）和超大質(zhì)量黑洞（10萬倍太陽質(zhì)量以上）。

　　劉繼峰說：“恒星級黑洞是由大質(zhì)量恒星死亡形成的，在宇宙中廣泛存在。根據(jù)理論推算，銀河系中應該存在著上億個恒星量級的黑洞。”

　　然而，想要在茫茫宇宙中尋找到它們卻并不容易。因為黑洞自身不發(fā)射和反射電磁波，儀器和肉眼都無法直接觀測到它。

　　該怎么辦？天文學家們嘗試尋找各種間接證據(jù)，經(jīng)過探索研究，發(fā)現(xiàn)了一個現(xiàn)象：黑洞會“吃東西”。它在接近一顆恒星組成雙星系統(tǒng)時，會以強大的“胃口”直接把對方的氣體物質(zhì)吸過來，形成吸積盤，并發(fā)射出明亮的X射線光。通過探測這些X射線光，可以判斷并選出黑洞候選體，再通過進一步監(jiān)測伴星的運動，可以測量黑洞的質(zhì)量并最終確認其存在。

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

　　但是，按照理論預測，銀河系中應該有上億顆恒星級黑洞，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)量巨大且沒有X射線輻射的黑洞，成了天文學界近年來研究的熱點和難點。

　　超大質(zhì)量黑洞，超出模型理論上限

　　2016年秋，國家天文臺領導的研究團隊利用郭守敬望遠鏡開展雙星課題研究，歷時兩年監(jiān)測了開普勒一個天區(qū)（K2—0）內(nèi)的3000多顆恒星。

　　在監(jiān)測過程中，有一顆“走路拉風”的B型星引起了研究人員的關注：這顆8倍太陽質(zhì)量的藍色恒星，一直在圍繞一個“看不見的天體”做著周期性運動。

　　團隊成員、中國科學院大學研究生鄭傳杰說：“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行方向和B型星反相位的發(fā)射線，這點很不尋常?！?/P>

　　通過各種跡象，研究人員推測，那個被B型星圍繞的“看不見的天體”極有可能是一個黑洞。

　　“根據(jù)多個望遠鏡的多次觀測，我們進一步確認了B型星的性質(zhì)。根據(jù)光譜信息，計算出B型星的金屬豐度約為1.2倍太陽豐度，質(zhì)量約為8倍太陽質(zhì)量，年齡約為35百萬年，距離我們1.4萬光年?！编崅鹘苷f：“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，計算出該雙星系統(tǒng)中存在一個質(zhì)量約為70倍太陽質(zhì)量的不可見天體。質(zhì)量如此之大的，只能是黑洞?！?/P>

　　據(jù)劉繼峰回憶，最初得到結(jié)果時，所有人都不敢相信。因為，目前恒星演化模型只允許在太陽金屬豐度下形成最大為25倍太陽質(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》雜志的審稿人對此也非常謹慎，提出很多問題。研究團隊反復計算確認，“最終結(jié)果不變。這可能意味著有關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制被忽視?！眲⒗^峰說。