发现迄今最大黑洞 70倍太阳质量

2019年11月28日凌晨，国际科学期刊《自然》发表了中国科学院国家天文台和张研究团队的重大发现。依托中国自主研发的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜，研究团队发现了迄今为止质量最大的恒星黑洞，并利用LAMOST在天空测量方面的优势提供了一种寻找黑洞的新方法。这个质量是太阳70倍的黑洞，远远超过了理论预测的质量上限，颠覆了人们对恒星黑洞形成的认知，有望推动恒星演化和黑洞形成理论的创新。

黑洞是一种神秘的不发光的天体，密度非常高。它是如此吸引人，以至于任何物质，包括最快的光，都无法逃离它。根据质量不同，黑洞一般分为恒星黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。其中，恒星黑洞是由大质量恒星死亡形成的，是宇宙中普遍存在的“居民”。该理论预测银河系中有数亿个恒星黑洞，但迄今为止，天文学家在银河系中只发现了约20个恒星黑洞——所有这些黑洞都是由积累伴生气的黑洞发出的X射线所识别的，而且所有这些黑洞的质量都小于20个太阳质量。

寻找一种在没有X射线辐射的情况下发现大量黑洞的新方法，成为近年来天文学研究的热点和难点。

从2016年秋季开始，由国家天文台牵头的研究小组利用LAMOST对双星进行了研究，历时两年半，监测了哮天地区的3000多颗恒星。发现在一个安静的有X射线辐射的双星系统中，一颗质量是太阳八倍的蓝星在围绕一个不可见的天体周期性运动。异常的光谱特征表明“看不见的天体”极有可能是黑洞。

研究人员立即“证实”:他们通过西班牙的10.4米加那利望远镜和美国的10米凯克望远镜进一步证实了LB-1的光谱性质，并计算出黑洞的质量是太阳的70倍。值得一提的是，LAMOST在两年半的监测期间为这项研究进行了26次观察，累积暴露时间约为40小时。刘继峰说，如果用普通的四米望远镜来发现这样一个黑洞，同样的概率需要40年，这充分体现了郭守敬望远镜的超高观测效率。

目前恒星演化模型只允许在太阳金属丰度下形成最大质量为太阳质量25倍的黑洞。这个新发现的黑洞质量已经进入了现有恒星演化理论的“禁区”。美国激光干涉引力波天文台台长大卫·雷评论说:“在银河系中发现一个质量是太阳70倍的黑洞将迫使天文学家重写恒星黑洞的形成模型。这一非凡的成就将与美国激光干涉引力波天文台和欧洲处女座引力波天文台在过去四年探测到的双黑洞合并一起，推动黑洞天体物理学研究的复兴。接下来，利用LAMOST的高观测效率，天文学家有望再次发现大量隐藏的“平静”黑洞，这将迎来黑洞批量发现的新时代。

这项工作基于LAMOST、加那利望远镜、凯克望远镜和钱德拉X射线天文台的观测数据。该研究包括来自中国、美国、西班牙、澳大利亚、意大利、波兰和荷兰7个国家29个机构的55名作者。