這一中科院領(lǐng)銜的最新發(fā)現(xiàn)，顛覆了過往對恒星演化模型的認(rèn)知。

要知道，此前，按照天文學(xué)家的推演，銀河系中單個(gè)恒星黑洞的質(zhì)量不超過太陽的20倍。

這是因?yàn)椋y河系中質(zhì)量非常大的恒星，隨著壽命的臨近，在坍縮成黑洞之前，會因?yàn)楸ê蛷?qiáng)大的恒星風(fēng)而失去大部分質(zhì)量。

留下太陽近70倍質(zhì)量的余量，完全超出了科學(xué)家們的想象。

△LB-1的藝術(shù)想象圖（喻京川繪）

論文一作，中國國家天文臺的劉繼峰研究員表示：

目前大多數(shù)恒星演化模型認(rèn)為，在我們的銀河系中不應(yīng)該存在如此質(zhì)量的黑洞。

這一電磁波波段最重恒星級黑洞的發(fā)現(xiàn)，還登上了最新一期的Nature。

發(fā)現(xiàn)了什么

這次，來自中國興隆觀測基地的LAMOST（郭守敬望遠(yuǎn)鏡）立了大功。

2016年初，LAMOST科學(xué)巡天部主任張昊彤研究員和云南天文臺韓占文院士提出利用LAMOST觀測雙星光譜，開展雙星系統(tǒng)的研究計(jì)劃。

在用LAMOST對開普勒K2-0天區(qū)中的3000多個(gè)天體進(jìn)行了為期兩年的徑向速度測量后，研究人員發(fā)現(xiàn)，有一顆B型星光譜攜帶了非常豐富的信息。

這顆距離地球1.5萬光年的B型星本身，質(zhì)量為8倍太陽質(zhì)量，繞轉(zhuǎn)周期為79天，其周期性運(yùn)動(dòng)和伴隨的Hα射線指出，在它的身邊，有一顆“看不見的天體”，很可能是一個(gè)黑洞。

研究人員隨即申請了西班牙10.4米加納利大望遠(yuǎn)鏡（GTC）的21次觀測和美國10米凱克望遠(yuǎn)鏡的7次高分辨率觀測。

根據(jù)光譜信息分析后，驚人的結(jié)果出現(xiàn)了，那顆暗伴星，質(zhì)量為68個(gè)太陽質(zhì)量。

這只能是一個(gè)黑洞。并且，是目前銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)的最重的黑洞。

根據(jù)論文一作劉繼峰的介紹，一般模型認(rèn)為，大質(zhì)量的恒星級黑洞主要形成于低金屬豐度環(huán)境（低于1/5太陽金屬豐度），LB-1卻擁有一個(gè)與太陽金屬豐度相近（1.2倍太陽豐度）的B型星。

無論這顆恒星最初的質(zhì)量有多大，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。

這種質(zhì)量的黑洞甚至不應(yīng)該存在于我們的星系中。

一種可能性，LB-1中的黑洞或許不是由一顆恒星坍縮形成的。

LB-1可能最初是一個(gè)三體系統(tǒng)，觀測到的B型星位于最外軌道，是質(zhì)量最小的組成部分，而現(xiàn)在的黑洞是由最初內(nèi)部的雙星形成的雙黑洞并合而成。

研究團(tuán)隊(duì)猜想，LB-1的主星目前可能仍為兩個(gè)黑洞，它們彼此繞轉(zhuǎn)形成一個(gè)雙星，而觀測到的B型星是第三伴星。

△LB-1和引力波并合事件、X射線方法發(fā)現(xiàn)的黑洞的質(zhì)量分布

在此次黑洞發(fā)現(xiàn)過程中，LAMOST為這項(xiàng)研究進(jìn)行了26次觀測，累積曝光時(shí)間約40個(gè)小時(shí)。

LAMOST，即大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡，是一新類型的大視場兼?zhèn)浯罂趶酵h(yuǎn)鏡，建成于2008年，擁有4000顆眼睛（4000根光纖），一次能觀測近4000個(gè)天體，也是全世界光譜獲取率最高的“光譜之王”：

今年3月份，其公開發(fā)布了1125萬條光譜，成為全球首個(gè)突破千萬的光譜巡天項(xiàng)目。

劉繼峰說，如果利用一架普通四米口徑望遠(yuǎn)鏡來尋找這樣一顆黑洞，同樣的幾率下，則需要40年的時(shí)間——這充分體現(xiàn)出LAMOST超高的觀測效率。

為了紀(jì)念LAMOST在發(fā)現(xiàn)這顆巨大恒星級黑洞上做出的貢獻(xiàn)，天文學(xué)家給這個(gè)包含黑洞的雙星系統(tǒng)命名為LB-1。

顛覆恒星演化理論

黑洞是宇宙中已知的最致密天體，恒星黑洞則是大恒星演化的終極階段。

大恒星不停地發(fā)生核聚變，在燃料燃燒盡后發(fā)生引力坍塌。黑洞形成之前，會發(fā)生爆炸，并產(chǎn)生強(qiáng)大的恒星風(fēng)，這會使質(zhì)量流失。

2007年，美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆質(zhì)量達(dá)到了22～34倍大的黑洞。這顆黑洞被命名為IC 10 X-1 X-ray

發(fā)現(xiàn)這顆黑洞的科學(xué)家，馬薩諸塞州劍橋市哈佛-史密森天體物理學(xué)中心的安德里亞?普雷斯特維奇（Andrea Prestwich）說：“我們沒想到會發(fā)現(xiàn)這么大的恒星質(zhì)量黑洞。”

這顆黑洞由垂死的恒星形成，科學(xué)家推測，這似乎表示，垂死的恒星形成的黑洞比一般所想象的要大很多。

從2015年起，美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）及歐洲室女座引力波天文臺（Virgo）的引力波觀測實(shí)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾十倍太陽質(zhì)量的黑洞，質(zhì)量遠(yuǎn)高于先前已知的銀河系里的恒星級黑洞。

這些探測結(jié)果都在挑戰(zhàn)已有的對于恒星黑洞的理解，現(xiàn)有理論認(rèn)為，質(zhì)量過于大的恒星最終會不會成為黑洞，而是會演化成超新星，而落在50到65太陽質(zhì)量的天體則會在一系列的演化過程中發(fā)射各種爆炸，不斷損失質(zhì)量，直到變得穩(wěn)定。

按照這一邏輯，不應(yīng)該有50到130太陽質(zhì)量的黑洞。

這次發(fā)現(xiàn)70倍太陽質(zhì)量的黑洞完全超出了這一理論的范疇。

佛羅利達(dá)大學(xué)的激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）主任戴維·雷茨（David Reitze）說：

這一發(fā)現(xiàn)迫使我們重新審視恒星級黑洞的形成模型。

接下來，利用LAMOST極高的觀測效率，天文學(xué)家有望發(fā)現(xiàn)一大批“深藏不露”的黑洞，開創(chuàng)批量發(fā)現(xiàn)黑洞的新紀(jì)元。

55位作者，中國占了大半

如此研究，并非只有中國研究人員參與，是基于LAMOST（中國興隆）、加納利大望遠(yuǎn)鏡（西班牙加納利群島）、凱克望遠(yuǎn)鏡（美國夏威夷）和錢德拉X射線天文臺（美國）的觀測數(shù)據(jù)完成的。

一共有55位作者，來自中國、美國、西班牙、澳大利亞、意大利、波蘭和荷蘭7個(gè)國家29家單位。

來自中國的作者有40多位。研究的第一作者&通訊作者劉繼峰，是中國科學(xué)院國家天文臺首席研究員，銀河系三維結(jié)構(gòu)團(tuán)組負(fù)責(zé)人。

他1991年進(jìn)入北京大學(xué)讀書，就讀于天體物理學(xué)專業(yè)。1997年獲得碩士學(xué)位之后，前往密歇根大學(xué)進(jìn)一步深造。

2005年獲天體物理學(xué)博士學(xué)位后，在哈佛大學(xué)做博士后及PI研究員，從事天體物理學(xué)研究，曾獲美國宇航局愛因斯坦學(xué)者獎(jiǎng)等。

2010年回國，在中科院國家天文臺任職，主要研究興趣是黑洞等致密天體和恒星族的多波段觀測。

在這篇研究之外，分別在2013年、2015年以第一作者的身份發(fā)表了兩篇Nature。

并于2014年獲得國家杰出青年基金支持，2015年獲科技部“中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才”，2016年獲“全國優(yōu)秀科技工作者”。2015年參與籌建國科大天文學(xué)院，并作為副院長負(fù)責(zé)教學(xué)等工作。

目前，他正致力于使用我國的重大科學(xué)裝置LAMOST光譜巡天，結(jié)合海量多波段數(shù)據(jù)，利用云計(jì)算手段，試圖解答關(guān)于致密天體和恒星研究的一些基本問題。

另一位通訊作者張昊彤，也是來自于國家天文臺。

他1996年本科畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系，之后在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)天體物理中心攻讀博士學(xué)位，并于2005年畢業(yè)。

之后便進(jìn)入中國科學(xué)院國家天文臺工作，擔(dān)任副研究員。2014年升任為研究員。

主要的工作是領(lǐng)導(dǎo)的LAMOST科學(xué)巡天部，長期負(fù)責(zé)LAMOST的二維光纖光譜的處理、巡天計(jì)劃的制定，以及望遠(yuǎn)鏡性能測試及提高。

引發(fā)熱議

你一定想不到，就在兩年前，還有五位天文學(xué)家打賭，將來會不會發(fā)現(xiàn)55到130太陽質(zhì)量的黑洞存在，兩個(gè)人認(rèn)為有。

所以現(xiàn)在，另外三個(gè)科學(xué)家每個(gè)人就要輸?shù)魞善?00美元的葡萄酒了。

也有天文愛好者告訴量子位，這可能意味著宇宙中會有比預(yù)期更多的黑洞，同時(shí)也可能意味著會存在更多的黑洞合并事件。

同樣，也有人評價(jià)說，這也就意味著，宇宙最大的自然規(guī)則，可能就是沒有什么規(guī)則。

但毫無疑問，這一新發(fā)現(xiàn)顛覆了過往認(rèn)知，可能會進(jìn)一步改寫我們現(xiàn)有的教科書。

宇宙如此神奇，宇宙還如此未知。

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Nature論文：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1766-2

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