大陸天文學家利用LAMOST發現迄今最大的恆星級黑洞,圖為LB-1的藝術想像圖。(新華社)
大陸天文學家利用LAMOST發現迄今最大的恆星級黑洞,11月27日,科學家們在記者會上回答提問。(新華社)
興隆觀測基地的LAMOST望遠鏡(圖左,又稱郭守敬望遠鏡)。(新華社)

 28日凌晨,國際科學期刊《自然》發布了中國科學院國家天文台劉繼峰、張昊彤研究團隊的一項重大發現。依託大陸自主研製的國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡(LAMOST),研究團隊發現了一顆迄今為止質量最大的恆星級黑洞,並提供了一種利用LAMOST巡天優勢尋找黑洞的新方法。

 這顆70倍太陽質量的黑洞,遠遠超過理論預言的質量上限,顛覆了人們對恆星級黑洞形成的認知,有望推動恆星演化和黑洞形成理論的革新。

 歷時兩年 監測3千顆恆星

 黑洞是一種本身不發光的神祕天體。任何物質,包括光也無法從它身邊逃離。根據質量的不同,黑洞一般分為恆星級黑洞、中等質量黑洞和超大質量黑洞。其中,恆星級黑洞是由大質量恆星死亡形成的,是宇宙中廣泛存在的「居民」。理論預言銀河系中有上億顆恆星級黑洞,但迄今為止,天文學家僅在銀河系發現了約20顆恆星級黑洞,而且都是通過黑洞吸積伴星氣體所發出的X射線來識別的、質量均小於20倍太陽質量的黑洞。於是,找到新的方法,發現數量巨大、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。

 2016年秋季開始,大陸國家天文台領導的研究團隊利用LAMOST開展雙星課題研究,歷時兩年監測了一個小天區內3000多顆恆星。結果發現,在一個X射線輻射寧靜的雙星系統(LB-1)中,一顆8倍太陽質量的藍色恆星,圍繞一個「看不見的天體」做週期性運動。不同尋常的光譜特徵顯示,那個「看不見的天體」極有可能是一顆黑洞。

 LAMOST望遠鏡 觀測神器

 研究人員隨即進行了「確認」:他們通過西班牙10.4米口徑迦納利大望遠鏡和美國10米口徑凱克望遠鏡,進一步確認了LB-1的光譜性質,計算出該黑洞的質量大約是太陽的70倍。值得一提的是,在兩年之久的監測時間裡,LAMOST共為這項研究做了26次觀測,累積曝光時間約40個小時。劉繼峰表示,如果利用一架普通四米口徑望遠鏡來尋找這樣一顆黑洞,同樣的機率下,則需要40年的時間──這充分體現出LAMOST超高的觀測效率。

 目前恆星演化理論預言在太陽金屬豐度下只能形成最大為25倍太陽質量的黑洞。這顆新發現黑洞的質量已經進入了現有恆星演化理論的「禁區」。美國雷射干涉引力波天文台(LIGO)從2015年起,通過探測引力波的方法發現了數十倍太陽質量的黑洞。接下來,利用LAMOST極高的觀測效率,天文學家有望發現一大批「深藏不露」的黑洞,開創批量發現黑洞的新紀元。

 這項工作是基於LAMOST(中國興隆)、迦納利大望遠鏡(西班牙迦納利群島)、凱克望遠鏡(美國夏威夷)和錢德拉X射線天文台(美國)的觀測資料完成的。本研究共包括55位作者,來自大陸、美國、西班牙、澳洲、義大利、波蘭和荷蘭7個國家28個單位。

 小靈通 郭守敬望遠鏡

 是大陸在國家天文台興隆觀測站的一種大型天文望遠鏡,位於河北省承德市境內,原名為大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡(Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope,LAMOST)。LAMOST和傳統天文望遠鏡的不同之處是,它可以對較大的天區範圍(20平方度)內的4000個目標的光譜進行長時間的跟蹤積分記錄(積分時間可至1.5小時),在1.5小時曝光時間內以1奈米的光譜解析度可以觀測到20.5等的暗弱天體的光譜。2010年4月17日被正式冠名為「郭守敬望遠鏡」。(李鋅銅)