武大學者參與發現迄今最大的恒星級黑洞
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武大學者參與發現迄今最大的恒星級黑洞

作者: 來源: 發布時間:2019-11-29

開創黑洞批量發現新紀元

新聞網訊(通訊員張一飛)還記得今年4月人類史上首張面世的黑洞照片嗎?這一由200多名科研人員歷時10余年、從四大洲8個觀測點“捕獲”的視覺證據,首次將這個只存在于理論中的天體呈現在人們面前,引發了全世界對黑洞的廣泛關注。

天文學家根據黑洞質量的不同,將黑洞大致分為恒星級黑洞、中等質量黑洞和超大質量黑洞。理論預言,銀河系中有上億顆恒星級黑洞。但是迄今為止,天文學家在銀河系中僅發現約20顆恒星級黑洞,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,質量均小于20個太陽質量。因此,發展新的方法來發現數量巨大、且無X射線輻射的黑洞,是擺在科學家面前的一個亟待解決的難題。

武漢大學物理科學與技術學院教授王偉的研究團隊,與中國科學院國家天文臺教授、武漢大學珞珈講座教授劉繼峰的研究團隊等國內外天文學家,日前在合作研究中有一項重大發現:他們依托我國自主研制的國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡(LAMOST),發現了一顆迄今為止質量最大的恒星級黑洞,并提供了一種利用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超理論預言的質量上限,顛覆了人們對恒星級黑洞形成的認知,勢必推動恒星演化和黑洞形成理論的革新。

北京時間1128日凌晨,國際頂尖科學期刊《自然》發布了他們的合作成果。論文題為“A wide star-black-hole binary system from radial-velocity measurements”(《徑向速度測量發現寬軌道黑洞雙星系統》)。劉繼峰是第一作者和通訊作者,署名單位是國家天文臺和武漢大學-國家天文臺聯合天文中心;王偉是合作作者,署名單位是武漢大學物理科學與技術學院和武漢大學-國家天文臺聯合天文中心。

LAMOST是我國自主研制、全世界光譜獲取率最高的光譜望遠鏡,2019年成為全球首個獲取光譜數突破千萬的光譜巡天項目,在這次科學發現中發揮了巨大作用。2016年秋季開始,以國家天文臺為首的研究團隊利用LAMOST開展雙星課題研究,對一個小天區內3000多顆恒星進行了歷時兩年半的長期監測。在兩年半的時間內,LAMOST共為這項研究做了26次觀測,累積曝光時間約40個小時。

研究人員發現,在一個X射線輻射寧靜的雙星系統(LB-1)中,一顆質量是太陽八倍的藍色恒星在繞著一個看不見的天體做周期性運動,其不同尋常的光譜特征表明那個看不見的天體極有可能是一顆黑洞。研究人員隨即通過西班牙10.4米加納利大望遠鏡和美國10米凱克望遠鏡,進一步確認了LB-1的光譜性質,并計算出黑洞質量是太陽的70倍。

 LB-1的藝術想象圖(喻京川繪)

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倍太陽質量的黑洞。這顆新發現黑洞的質量已經進入了現有恒星演化理論的“禁區”。

LB-1和引力波并合事件、X射線方法發現的黑洞的質量分布

美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)臺長大衛?雷茨評論,“在銀河系內發現70倍太陽質量的黑洞,將迫使天文學家改寫恒星級黑洞的形成模型。這一非凡的成果,將與過去四年里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)探測到的雙黑洞并合事件一起,推動黑洞天體物理研究的復興”。接下來,利用LAMOST極高的觀測效率,天文學家有望再發現一大批深藏不露的“平靜態”黑洞,開創黑洞批量發現的新紀元。

武漢大學-國家天文臺聯合天文中心是武漢大學與中國科學院國家天文臺聯合成立的一個開放的合作平臺。中心通過組織學術活動加強雙方的科研合作和學術交流,推動課題的聯合與交叉研究,推進雙方合作參與國家重大和重點項目的研究工作,旨在打造成為國內一流天文學科研平臺。

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

 

(編輯:陳麗霞)

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