北京時(shí)間2019年11月28日凌晨，國(guó)際科學(xué)期刊《自然》發(fā)布了中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)劉繼峰、張昊彤研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)。依托我國(guó)自主研制的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST），研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一顆迄今為止質(zhì)量最大的恒星級(jí)黑洞，并提供了一種利用LAMOST巡天優(yōu)勢(shì)尋找黑洞的新方法。這顆70倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞遠(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，有望推動(dòng)恒星演化和黑洞形成理論的革新。

黑洞是一種本身不發(fā)光、密度非常大的神秘天體。它具有超強(qiáng)吸引力，任何物質(zhì)，包括速度最快的光也無(wú)法從它身邊逃離。根據(jù)質(zhì)量的不同，黑洞一般分為恒星級(jí)黑洞、中等質(zhì)量黑洞和超大質(zhì)量黑洞。這其中，恒星級(jí)黑洞是由大質(zhì)量恒星死亡形成的，是宇宙中廣泛存在的“居民”。理論預(yù)言銀河系中有上億顆恒星級(jí)黑洞，但迄今為止，天文學(xué)家僅在銀河系發(fā)現(xiàn)了約20顆恒星級(jí)黑洞——而且都是通過(guò)黑洞吸積伴星氣體所發(fā)出的X射線來(lái)識(shí)別的，質(zhì)量均小于20個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞。

找到新的方法，發(fā)現(xiàn)數(shù)量巨大、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)。

2016年秋季開(kāi)始，以國(guó)家天文臺(tái)為首的研究團(tuán)隊(duì)利用LAMOST開(kāi)展雙星課題研究，歷時(shí)兩年半監(jiān)測(cè)了一個(gè)小天區(qū)內(nèi)3000多顆恒星。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)X射線輻射寧?kù)o的雙星系統(tǒng)（LB-1）中，一顆質(zhì)量是太陽(yáng)八倍的藍(lán)色恒星，圍繞“一個(gè)看不見(jiàn)”的天體做著周期性運(yùn)動(dòng)。不同尋常的光譜特征表明，那個(gè)“看不見(jiàn)的天體”極有可能是一顆黑洞。研究人員隨即進(jìn)行了“確認(rèn)”：他們通過(guò)西班牙10.4米加納利大望遠(yuǎn)鏡和美國(guó)10米凱克望遠(yuǎn)鏡，進(jìn)一步確認(rèn)了LB-1的光譜性質(zhì)，計(jì)算出該黑洞的質(zhì)量是太陽(yáng)的70倍。值得一提的是，在兩年半的監(jiān)測(cè)時(shí)間里，LAMOST共為這項(xiàng)研究做了26次觀測(cè)，累積曝光時(shí)間約40個(gè)小時(shí)。劉繼峰表示，如果利用一架普通四米望遠(yuǎn)鏡來(lái)尋找這樣一顆黑洞，同樣的幾率下，則需要40年的時(shí)間——這充分體現(xiàn)出郭守敬望遠(yuǎn)鏡超高的觀測(cè)效率。

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)黑洞的質(zhì)量已經(jīng)進(jìn)入了現(xiàn)有恒星演化理論的“禁區(qū)”。美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）臺(tái)長(zhǎng)大衛(wèi)·雷茨評(píng)論，“在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)70倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，將迫使天文學(xué)家改寫恒星級(jí)黑洞的形成模型。這一非凡的成果，將與過(guò)去四年里美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）及歐洲室女座引力波天文臺(tái)（Virgo）探測(cè)到的雙黑洞并合事件一起，推動(dòng)黑洞天體物理研究的復(fù)興”。接下來(lái)利用LAMOST極高的觀測(cè)效率，天文學(xué)家有望再發(fā)現(xiàn)一大批深藏不露的“平靜態(tài)”黑洞,開(kāi)創(chuàng)黑洞批量發(fā)現(xiàn)的新紀(jì)元。

這項(xiàng)工作是基于LAMOST（中國(guó)興?。⒓蛹{利大望遠(yuǎn)鏡（西班牙加納利群島）、凱克望遠(yuǎn)鏡（美國(guó)夏威夷）和錢德拉X射線天文臺(tái)（美國(guó)）的觀測(cè)數(shù)據(jù)完成的。本研究共包括55位作者，來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、西班牙、澳大利亞、意大利、波蘭和荷蘭7個(gè)國(guó)家29家單位。

網(wǎng)友評(píng)論：

網(wǎng)友紛紛感慨“雖然不太懂，但還是要為中國(guó)科學(xué)家點(diǎn)贊”

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NASA繪制黑洞圖像 網(wǎng)友：究竟是先有黑洞，還是先有星系？

NASA繪制黑洞圖像高清動(dòng)圖揭秘黑洞背后的故事，人類歷史上第一幅黑洞照片的誕生，是科學(xué)史上的一次壯舉，但是實(shí)現(xiàn)難度極大，最后得到的圖像分辨率相對(duì)較低?？茖W(xué)和技術(shù)是不斷進(jìn)步的，科學(xué)家預(yù)計(jì)，未來(lái)我們可能看到黑洞的直接圖像質(zhì)量，會(huì)隨著時(shí)間的推移而顯著改善。

本周，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）為“黑洞周”活動(dòng)特意制作了新的黑洞超高分辨率的圖片，“美哭了”的圖片背后，是人類對(duì)未來(lái)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的無(wú)限期許。

超大質(zhì)量黑洞位于大多數(shù)大型星系的中心，關(guān)于這些黑洞如何到達(dá)星系中心的問(wèn)題，目前在宇宙學(xué)上還是一個(gè)謎。而究竟是先有黑洞，還是先有星系，是宇宙學(xué)中的一大問(wèn)題。我們所知道的是，黑洞確實(shí)很大，相當(dāng)于太陽(yáng)質(zhì)量的數(shù)百萬(wàn)倍到數(shù)十億倍。如此大的質(zhì)量讓，它們可以控制恒星的形成。

實(shí)際上，黑洞的第一個(gè)模擬圖像是用上世紀(jì)60年代的IBM 7040打孔計(jì)算機(jī)計(jì)算出來(lái)的，法國(guó)天體物理學(xué)家讓·皮埃爾·魯米內(nèi)特（Jean-Pierre Luminet）于1978年手工繪制，看起來(lái)和NASA的模擬圖像很像。

在兩個(gè)模擬中，圖像中間都有一個(gè)黑圈。即事件視界，在該點(diǎn)電磁輻射（光，無(wú)線電波，X射線等）無(wú)法從黑洞的引力中獲得逃逸速度。

整個(gè)黑洞的中間是圓盤狀材料的前部，它圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)，就像水進(jìn)入排水管一樣。由于高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的劇烈摩擦生成大量輻射，可以用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到。這正是M87黑洞圖片中看到的那部分。從模擬圖像上還可以看到事件視界周圍的完美光環(huán)。黑洞周圍有大片光線。這實(shí)際上是從吸積盤黑洞后面的部分發(fā)出的；由于黑洞的引力太強(qiáng)，導(dǎo)致即使在事件視界之外，也能使時(shí)空扭曲，并彎曲黑洞周圍的光路，導(dǎo)致這部分光線也能被觀測(cè)到。

從這張圖上看，吸積盤的一側(cè)比另一側(cè)更亮，這是由于旋轉(zhuǎn)引起的。朝我們移動(dòng)的部分更亮，因?yàn)樗覀円越咏馑?，?huì)使光的波長(zhǎng)發(fā)生頻率變化。這就是“多普勒效應(yīng)”。反之，遠(yuǎn)離我們的那一側(cè)顯得比較暗淡。

NASA驚艷模擬圖像有助于了解圍繞超大質(zhì)量黑洞內(nèi)部的極端物理現(xiàn)象，有了這些超高分辨率的圖片，再看M87的“實(shí)拍圖”，是不是感覺(jué)懂得更多了？Luminet去年在一篇論文中寫道：“這種明顯的光度不對(duì)稱性是黑洞的主要特征，黑洞是唯一能夠使吸積盤內(nèi)部區(qū)域的旋轉(zhuǎn)速度接近光速的天體，可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的多普勒效應(yīng)?！?/span>

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