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质量超理论上限的它 揭示黑洞另一种存在方式

质量超理论【上】限【的】它 揭示黑洞另【一】【种】存【在】【方】式

近,世界顶尖科【学】期刊《【自】然》【在】线【发】布【了】【一】项重【大】【发】现,祖【国】科【学】院【我】【国】【天】文台刘继峰、张昊彤【的】研究团队【发】现【了】迄今【为】止最【大】质量【的】恒星级黑洞,并提供【了】【一】【种】利【用】郭守敬望远镜(LAMOST)【的】巡【天】优势寻找黑洞【的】货币【方】【法】。{插入关键字}。

【这】颗70倍【太】阳质量【的】超【大】恒星级黑洞远超理论预言【上】限,颠覆【了】【人】【们】【对】恒星级黑洞形【成】【的】认知,势必推【动】恒星演化【和】黑洞形【成】理论【的】革货币。

【过】【去】只【能】找【到】“暴力”【的】黑洞

霍金【在】其最【后】【的】著【作】《【十】【问】》【中】写【道】,“黑洞比科幻【作】【家】想象【的】任何东西【都】更奇妙”。黑洞【本】身【不】【发】光,密度非常【大】,相当【于】【把】10倍【太】阳质量【的】恒星压缩【到】首【都】六环【大】【小】【的】球体【中】,具【有】超强【的】吸引力,任何【从】其身边【经】【过】【的】物质、【就】连光【也】无【法】逃离。黑洞【是】宇宙【的】“吸光器”。

黑洞【大】致【分】【为】恒星级黑洞(100倍【太】阳质量【以】【下】)、【中】等质量黑洞(约100【到】10万倍【太】阳质量【之】间)【和】超【大】质量黑洞(10万倍【太】阳质量【以】【上】)。恒星级黑洞【是】由【大】质量恒星死亡形【成】【的】。【一】颗恒星走【到】【生】命尽头,如果剩【下】【的】质量【大】【于】3倍【太】阳质量,既【不】【能】形【成】白矮星,【也】【不】【能】【成】【为】【中】【子】星,【就】【没】【有】任何力量【可】【以】阻止终极引力让其塌缩【成】黑洞。

龙潜深渊,隐藏爪牙。黑洞【本】身【不】【发】光,【天】文【学】【家】很难【在】茫茫宇宙【中】【看】【到】它。

奈何黑洞身边【的】【小】伙伴【们】实【在】【是】【太】高调,周边吸积盘【可】【能】者伴星【都】表现【出】异【样】【的】“气场”。如果黑洞与【一】颗正常恒星组【成】【一】【个】密近双星系统,黑洞【就】【会】露【出】狰狞【的】爪牙,直接【把】恒星伴星【上】【的】气体物质吸【过】【来】,形【成】吸积盘,【发】【出】“明亮”【的】X射线。【这】些X射线如【同】【这】些物质被黑洞吞噬【前】【的】“回光返照”,【就】【是】【这】【一】“照”【成】【为】【天】文【学】【家】【过】【去】【这】些【年】追寻黑洞踪迹【的】线索。

迄今【为】止,银河系【中】几乎【所】【有】已知【的】恒星级黑洞【都】【是】通【过】黑洞吸积伴星气体【所】【发】【出】【的】X射线【来】识别【的】。【过】【去】【的】50【年】【里】,【人】【们】【用】该【种】【方】【法】【发】现【了】约20颗黑洞,质量均【在】3【到】20倍【太】阳质量【之】间。银河内【有】数【以】千亿计【的】恒星,按照理论预测,银河系【中】应该【有】【上】亿颗恒星级黑洞,【而】【在】黑洞双星系统【中】,【能】够【发】【出】X射线辐射【的】只占【一】【小】【部】【分】。

【两】【年】监测【发】现“走路拉风”【的】【天】体

刘继峰【和】张昊彤【的】团队【在】浩瀚星海【中】【发】现【了】【一】【个】表现异常【的】双星系统。700【多】【天】【的】追逐【之】路饱含艰辛【和】精彩。

2016【年】初,LAMOST科【学】巡【天】【部】【主】任张昊彤【和】祖【国】科【学】院云南【天】文台院士领袖占文提【出】利【用】LAMOST观测双星光谱,并选择【了】3000【多】【个】【天】体【进】【行】【了】【为】期【两】【年】【的】光谱监测。【在】【这】其【中】【有】【一】颗“走路拉风”【的】B型星引【起】【了】研究【人】员【的】关注。

除【了】获取它【的】【有】效温度、表【面】重力、金属丰度等重【要】信息外,其光谱【中】【一】条近乎静止且运【行】【方】向【和】B型星反相位【的】明线(Hα【发】射线)给【这】【个】【天】体增添【了】【十】足【的】神秘感。研究【人】员怀疑【这】颗B型星“背【后】【有】【人】”。

西班牙10.4米加纳利【大】望远镜(GTC)【的】21次观测【和】米【国】10米凯克望远镜(Keck)【的】7次高【分】辨率观测,【进】【一】步确认【了】B型星【的】性质。

B型星【的】金属丰度约【为】1.2倍【太】阳丰度,质量约【为】8倍【太】阳质量,【年】龄约【为】35百万【年】,距离【我】【们】1.4万光【年】。根据B型星【和】Hα【发】射线【的】速度振幅【之】比,其伴星应该【一】【个】质量约【为】70倍【太】阳质量【的】【不】【可】【见】【天】体,它只【能】【是】黑洞。

LB-1黑洞【从】未【在】任何X射线观测【中】被探测【到】。研究【人】员【用】米【国】钱德拉X射线【天】文台【对】该源【进】【行】观测,【发】现【这】颗货币【发】现【的】黑洞【对】其伴星吸积非常微弱,【是】【一】【个】“平静温【和】”【的】恒星级黑洞“冠军”。

特殊金属丰度指向理论“禁区”

【从】2015【年】【起】,米【国】激光干涉引力波【天】文台(LIGO)及欧洲室女座引力波【天】文台(Virgo)【的】引力波观测实验已【经】【发】现【了】几【十】倍【太】阳质量【的】黑洞,质量远高【于】先【前】已知【的】银河系【里】【的】恒星级黑洞。

但【是】,货币【发】现【的】【这】颗70倍【太】阳质量【的】超级黑洞,确认【了】银河系存【在】【着】更【大】质量【的】恒星级黑洞,刷货币【了】【人】类【对】【于】恒星级黑洞质量【上】限【的】认知。

恒星【有】【个】属性叫金属丰度,指【的】【是】非氢氦元素【在】恒星【中】【的】比值。论文第【一】【作】者刘继峰介绍【说】,【一】般模型认【为】【大】质量恒星级黑洞【主】【要】形【成】【于】低金属丰度(低【于】1/5【太】阳金属丰度)环境【中】,LB-1却【有】【一】【个】与【太】阳金属丰度相近【的】B型星。目【前】恒星演化模型只允许【在】【太】阳金属丰度【下】形【成】最【大】【为】25倍【太】阳质量【的】黑洞,因此,LB-1【中】黑洞【的】质量已【经】【进】入【了】现【有】恒星演化理论【的】“禁区”。

现【有】理论认【为】,恒星【在】形【成】黑洞【前】,【会】吹【出】星风丧失物质,因此恒星级黑洞【不】【会】特别重。宇宙【中】最重【的】恒星【大】概只【有】几百【个】【太】阳质量,理论预言其演化晚期形【成】【的】黑洞最【大】【也】【就】20【多】【个】【太】阳质量。【之】【前】【发】现【的】黑洞【都】【没】超【过】【这】【个】量级。

LB-1【的】【发】现【可】【能】意味【着】【有】关恒星演化形【成】黑洞【的】理论将被改写,【可】【能】者【以】【前】某【种】黑洞形【成】机制被忽视。

另【一】【种】【可】【能】性【是】,LB-1【中】【的】黑洞【可】【能】许【不】【是】由【一】颗恒星坍缩形【成】【的】。研究【人】员猜想,LB-1最初【是】【一】【个】【三】体系统,观测【到】【的】B型星位【于】最外轨【道】,【是】质量最【小】【的】组【成】【部】【分】,【而】现【在】【的】黑洞【是】由最初内【部】【的】双星形【成】【的】双黑洞并合【而】【成】。【在】【这】【种】情形【下】,该系统将【是】黑洞并合【事】件【的】绝佳候选体,并【为】研究【三】体系统【中】双黑洞形【成】提供【了】独【一】无【二】【的】实验室。

“光谱【之】王”【和】“黑洞【之】王”彼此【成】【就】

【天】文【学】【家】给【这】【个】包含黑洞【的】双星系统命名【为】LB-1,【是】【为】【了】纪念LAMOST【在】【发】现【这】颗巨【大】恒星级黑洞【上】【作】【出】【的】贡献。

【这】颗“黑洞【之】王”【的】【发】现充【分】证实【了】LAMOST望远镜强【大】【的】光谱获取【能】力。LAMOST拥【有】4000颗“眼睛”(4000根光纤),【一】次【能】观测近4000【个】【天】体。

2019【年】3月,LAMOST公开【发】布【了】1125万条光谱,【成】【为】【全】球首【个】突破千万【的】光谱巡【天】项目,被【天】文【学】【家】誉【为】【全】世界光谱获取率最高【的】“光谱【之】王”。

【从】2016【年】11月开始,【为】【了】【发】现【和】研究光谱双星,研究【人】员利【用】LAMOST【对】3000【多】颗恒星历【时】【两】【年】【进】【行】【了】26次观测,累计曝光【时】间约40【小】【时】。如果利【用】【一】架普通4米望远镜专门【来】寻找【这】【样】【一】颗黑洞(【一】【年】观测365【天】,每【天】观测8【小】【时】),【同】【样】【的】几率【下】,则需【要】40【年】【的】【时】间!【这】充【分】体现【出】LAMOST超高【的】观测效率!

“【工】欲善其【事】必先利其器”,【这】颗迄今【为】止最【大】质量【的】恒星级黑洞,标志【着】利【用】LAMOST巡【天】优势搜寻黑洞货币【时】代【的】【到】【来】。

相信“光谱【之】王”【和】“黑洞【之】王”【的】彼此【成】【就】将【成】【为】【天】文界【的】【一】段佳话。

LB-1【是】【一】【个】X射线辐射宁静【的】双星系统,利【用】常规X射线【方】【法】搜寻【这】类黑洞【是】【行】【不】通【的】。【长】期【以】【来】,【人】【们】认【为】径向速度监测【可】【以】【发】现平静态【的】黑洞双星,【这】颗迄今最【大】质量黑洞【的】【发】现证实【了】【这】【一】点。利【用】LAMOST【大】规模巡【天】优势【和】速度监测【方】【法】,相信【天】文【学】【家】将【会】【发】现【一】批深藏【不】露【的】平静态黑洞, 【从】【而】逐步揭开【这】【个】“黑暗【家】族”【的】内幕,【为】研究黑洞【成】员【的】形【成】演化【以】及质量【分】布迈【出】标志性【的】【一】步。【就】像LIGO台【长】【大】卫·雷茨评论【的】,LB-1【的】【发】现将推【动】黑洞【天】体物理研究【的】复兴。 【编辑:叶攀】

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