点击右上角微信好友

朋友圈

点击浏览器下方“”分享微信好友Safari浏览器请点击“”按钮

正在阅读:号外!迄今最大质量恒星级黑洞露出神秘面纱
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

号外!迄今最大质量恒星级黑洞露出神秘面纱

来源:光明网2019-11-28 15:20

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  北京时间2019年11月28日凌晨,国际顶尖科学期刊《自然》在线发布了我国天文学家主导的一项重大发现。中国科学院国家天文台刘继峰研究员、张昊彤研究员领导的研究团队发现了一颗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)巡天优势寻找黑洞的新方法,这颗70倍太阳质量的超大恒星级黑洞远超理论预言的质量上限,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新。

  宇宙吸光器

  霍金在其最后的著作《十问》中写道,“事实有时候比小说更奇妙,黑洞最能真实地体现这一点,它比科幻作家想象的任何东西都更奇妙”。本身不发光,密度非常大(把10倍于太阳质量的恒星压缩到直径为北京六环大小的球体中,这样的密度就相当于黑洞的密度),具有超强的吸引力,任何从其身边经过的物质,包括速度最快的光也无法逃离,这种神奇的天体就是黑洞。因此可以说,黑洞是名副其实的宇宙真空“吸光器”。

  天文学家根据黑洞质量的不同,将黑洞大致分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的。当一颗恒星演化到最后剩下的质量太多(大于3倍太阳质量),多到既不能形成白矮星,也不能成为中子星,一旦进入死亡阶段,就没有任何力量可以阻止这颗恒星在引力的作用下持续塌缩,最终形成致密的黑洞。

  黑洞神秘而有趣,它们若龙潜深渊,隐藏爪牙,潜行于宇宙时空中。既然黑洞本身不发光,天文学家如何在茫茫宇宙中寻找它们呢?奈何它们身边的小伙伴们实在是太高调,周边吸积盘或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,以强大的胃口直接把恒星上的气体物质吸过来,形成吸积盘,发出明亮的X射线光,这些X射线光如同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强有力线索。

号外!迄今最大质量恒星级黑洞露出神秘面纱

  图一 黑洞吸积喷射出X射线的艺术想象图(来自网络)

  迄今为止,天文学家发现的二十多颗恒星级黑洞几乎都是通过黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来识别的,质量均在3到20倍太阳质量。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。长期以来,天文学家认为径向速度监测可以发现X射线微弱的“平静态”黑洞,这颗迄今最大质量黑洞的发现恰好证实了这点。

  星星在绕“谁”运动?

  国家天文台刘继峰研究员和张昊彤研究员领导的研究团队在浩瀚星海中发现了一个表现异常的双星系统,这其中是否包含一颗深藏不露的黑洞呢?700多天的追逐之路饱含了艰辛和精彩。

  2016年初,LAMOST科学巡天部主任张昊彤研究员和云南天文台韩占文院士提出利用LAMOST观测双星光谱,开展双星系统的研究计划,并选择了开普勒一个天区(K2-0)中的3000多个天体进行了为期两年之久的光谱监测。其中有一颗“走路拉风”的B型星引起了研究人员的关注,除了表现出规律地周期性运动,光谱中一条近乎静止且运行方向和B型星相反的明线(Hα发射线)给这颗星增添了足够的神秘感。研究人员怀疑这颗B型星背后一定有故事,它到底在绕着看不见的“谁”运动?莫非真的是黑洞!!!

  为了进一步发掘这颗B型星背后的真相,研究人员申请了西班牙10.4米口径加纳利大望远镜(GTC)和美国10米口径凯克望远镜(Keck)的光谱观测,确认了B型星的性质。通过拟合B型星和Hα发射线的速度曲线(图二),结合B型星的质量大小(8倍太阳质量),研究人员计算出该双星系统中存在一个质量约为70倍太阳质量的不可见天体,它只能是黑洞。B型星背后的“大BOSS”就这样被天文学家挖了出来,这样的结果无疑是让人兴奋的,然而机遇永远都是留给有准备的人 ,没有两年前茫茫星海的“撒网”,也便没有今天这个“主角”的出现。

号外!迄今最大质量恒星级黑洞露出神秘面纱

  图二 LB-1系统中B型星和黑洞的运动规律和速度曲线

  为了纪念LAMOST在发现这颗巨大恒星级黑洞上做出的贡献,天文学家给这个包含黑洞的双星系统命名为LB-1。与其他已知的恒星级黑洞不同,LB-1从未在任何X射线观测中被探测到,这颗黑洞和它的伴星相距较远(1.5倍日地距离),是一个“平静温和”的恒星级黑洞 “冠军”。

号外!迄今最大质量恒星级黑洞露出神秘面纱

  图三 LB-1的艺术想象图(喻京川绘)

  从2015年起,美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恒星级黑洞。这颗银河系内70倍太阳质量黑洞的发现,再一次刷新了人类对于恒星级黑洞质量上限的认知。

号外!迄今最大质量恒星级黑洞露出神秘面纱

  图四 LB-1和引力波并合事件、X射线方法发现的黑洞的质量分布

  刘继峰研究员介绍说,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。目前恒星演化理论预言在太阳金属丰度下只能形成最大为25倍太阳质量的黑洞,而这颗新发现黑洞的质量已经进入了现有恒星演化理论的“禁区”。LIGO台长大卫·雷茨评论,“在银河系内发现70倍太阳质量的黑洞,将迫使天文学家改写恒星级黑洞的形成模型。这一非凡的成果,将与过去四年里美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)探测到的双黑洞并合事件一起,推动黑洞天体物理研究的复兴”。

  “光谱之王”和“黑洞之王”的彼此成就

  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(光纤),一次能观测近4000个天体,2019年LAMOST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”。

  在这颗超级黑洞的发现过程中,LAMOST历时两年对一个天区内的3000多个目标进行了26次观测,累计曝光时间约40小时。如果利用一架普通四米口径望远镜专门来寻找这样一颗黑洞,同样的几率下,则需要40年的时间!这充分体现了LAMOST望远镜超高的观测效率!

  “工欲善其事必先利其器”,LAMOST这台“天文利器”助力天文学家发现了今天的主角“黑洞之王”,而“黑洞之王”的现身也为“光谱之王”——LAMOST增添了更多精彩。这颗迄今为止最大质量的恒星级黑洞,是LAMOST发现的第一颗黑洞,它的出现将标志着利用LAMOST巡天优势搜寻黑洞新时代的到来。相信“光谱之王”和“黑洞之王”的彼此成就将成为天文界津津乐道的一段佳话。

号外!迄今最大质量恒星级黑洞露出神秘面纱

  图五 LAMOST望远镜与星空(国家天文台供图)

  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, 从而逐渐揭开这个黑暗家族的内幕,为研究黑洞形成演化及质量分布迈出标志性的一步。

  作者简介:

  王松,中国科学院国家天文台助理研究员,主要从事黑洞双星和恒星活动性的研究。

  李双,中国科学院国家天文台工程师,LAMOST运行和发展中心宣传主管。

  陆由俊,中国科学院国家天文台研究员、中国科学院大学岗位教授,研究方向为理论天体物理,包括黑洞物理、引力波天体物理和星系宇宙学。

  刘继峰,中国科学院国家天文台副台长、研究员,中国科学院大学天文与空间科学学院常务副院长。研究方向包括致密双星,恒星活动性等。

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 酷暑催热“清凉经济”

  • 多措并举 应对高温

独家策划

推荐阅读
从27岁到60岁,33载深蓝搏击,马远良实现了中国航空声呐从无到有、从追赶到并跑乃至局部领先的壮举。
2025-07-14 08:49
何熙昱锦也表示,脑机接口技术涉及芯片、传感器、算法、应用等多个环节,需要上下游企业形成更紧密的合作关系。
2025-07-14 08:45
在论坛签约仪式上,中国、哈萨克斯坦、巴基斯坦、埃及等国家共签署12个数字经济合作项目,涉及跨境电商、智慧城市等领域。
2025-07-14 08:45
天然铀是重要的战略资源和能源矿产,铀资源勘查采冶位于核燃料循环体系的前端,是核工业发展的重要物质基础。
2025-07-14 08:42
这条从技术突破、场景深耕到生态协同的融合路径,正强劲驱动中国人工智能产业迈向高质量跃升。
2025-07-14 08:41
据国家统计局最新发布的数据,2025年全国夏粮总产量达到14973.8万吨,单位面积产量与去年基本持平,总体实现了夏粮生产的平稳运行。这一成绩的取得,
2025-07-14 04:15
从蓝莓大棚里的生长曲线,到肉牛项圈里的健康密码,广西的特色农业正被人工智能重新定义。
2025-07-14 04:25
7月13日,随着和田—民丰—且末—若羌750千伏输变电工程最后一相导线跨越和若铁路、国道315,稳稳抵达188号铁塔,历经15年建设的新疆环塔里木盆地750千伏输变电工程(以下简称“环塔工程”)全线贯通,进入投运倒计时。
2025-07-14 04:25
防晒,究竟该如何掌握分寸,才能在抵御伤害与拥抱健康之间找到平衡点?
2025-07-11 09:58
生命只有一次,心脏健康不容忽视。唯有提高对心梗症状的警觉性,掌握正确的急救方法,才能为生命筑起一道坚实的“心”防线。
2025-07-11 09:58
晒后背是一种传统的养生方法,符合中医“冬病夏治”的理论,其核心在于借助盛夏充沛的自然阳气,通过阳光照射背部,来提升人体自身阳气。
2025-07-11 09:58
截至7月10日,我国“北气南下”能源大通道累计输气量突破1000亿立方米,安全平稳运行超2000天,标志着这条纵贯南北的能源大动脉在保障国家能源安全、推动绿色转型方面取得重大进展。
2025-07-11 04:55
从自然资源部新一轮找矿突破战略行动办公室了解到,今年上半年,全国新发现矿产地38处,同比增长31%;新发现矿产地中,大中型矿产地25处。
2025-07-11 04:10
时下,智能手机已成为人们获取信息、社交娱乐的重要工具。多学科专家指出,当我们刷手机出现注意力极度涣散、缺乏独立思考能力、情绪化反应严重、深度学习能力下降、空虚感增加等症状时,就表明我们的大脑正在被“腐蚀”。所谓的“脑腐”,即因长期暴露于碎片化信息而引发的认知衰退与脑功能损伤。
2025-07-11 04:10
由于肉眼很难发现水污染的情况,洪水之后饮水需要特别注意,避免直接饮用自来水、山泉水、河水、湖水等。肖丹提醒,如果不适症状较为严重,出现持续高热、剧烈呕吐、严重腹泻、脱水、意识障碍等,或皮肤干燥、眼窝凹陷、少尿等情况,应及时就医。
2025-07-10 09:34
国家自然科学基金委员会近日发布消息,自然科学基金委制定重大非共识项目试点实施方案,将在2025年启动资助试点。自然科学基金委作为我国资助基础研究的主渠道,制定了一系列创新举措。
2025-07-10 09:33
嫦娥六号月球样品的相关研究成果,引起了国际学术界的高度关注。这1935.3克宝贵的月壤,使得月球样品研究进入“嫦娥时代”,开启了人类认识月球的新纪元,也为中国月球研究走向世界前列奠定了基础。 一年来,中国科学家们已经利用嫦娥六号月球样品取得许多科学突破。
2025-07-10 09:32
2024年嫦娥六号任务首次从南极-艾特肯盆地内部采回月球样品,为揭示该区域物质成因提供了直接证据。综合元素和矿物组成分析,南极-艾特肯盆地镁环物质主要为斜长石(63%~67%)和低钙辉石(25%~27%)组成的亚铁苏长岩。
2025-07-10 09:32
7月9日,在北京航天城,神舟十九号航天员蔡旭哲(中)、宋令东(右)、王浩泽在记者见面会上敬礼致意。 在神舟十九号乘组中,航天员王浩泽也是一位90后,更成为首位进驻空间站的女航天飞行工程师。
2025-07-10 09:30
随着科技创新与产业创新深度融合,人工智能技术助力建材行业向更智能、更绿色、更高端方向变革。“通过数字化转型,建材企业可基本实现研发设计数字化、生产运营一体化、客户服务敏捷化,提升决策效率、协同能力和服务水平,快速提升生产力和核心竞争力。
2025-07-09 09:40
加载更多