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中国天文学家利用LAMOST发现迄今最大的恒星级黑洞

发布单位国家天文台

北京时间20191128日凌晨国际科学期刊自然发布了中国科学院国家天文台刘继峰张昊彤研究团队的一项重大发现依托我国自主研制的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜LAMOST研究团队发现了一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞并提供了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法这颗70倍太阳质量的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有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新

1 中国科学家发现的巨型黑洞LB-1的艺术想象图中心黑色的点表示黑洞周围红色的圆盘代表截断的吸积盘蓝色圆表示伴星B型星作者喻京川

黑洞英语black hole是一种本身不发光的神秘天体任何物质包括光也无法从它身边逃离根据质量的不同黑洞一般分为恒星级黑洞中等质量黑洞超大质量黑洞这其中恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的是宇宙中广泛存在的“居民”理论预言银河系中有上亿颗恒星级黑洞但迄今为止天文学家仅在银河系发现了约20颗恒星级黑洞——而且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小于20倍太阳质量的黑洞

找到新的方法发现数量巨大没有X射线辐射的黑洞成了天文学界近年来研究的热点和难点

2016年秋季开始国家天文台领导的研究团队利用LAMOST开展双星课题研究历时两年监测了一个小天区内3000多颗恒星结果发现在一个X射线辐射宁静的双星系统LB-1一颗8倍太阳质量的蓝色恒星围绕一个“看不见的天体”做着周期性运动不同寻常的光谱特征表明那个“看不见的天体”极有可能是一颗黑洞研究人员随即进行了“确认”他们通过西班牙10.4米口径加纳利大望远镜和美国10米口径凯克望远镜进一步确认了LB-1的光谱性质计算出该黑洞的质量大约是太阳的70值得一提的是在两年之久的监测时间里LAMOST共为这项研究做了26次观测累积曝光时间约40个小时刘继峰表示如果利用一架普通四米口径望远镜来寻找这样一颗黑洞同样的几率下则需要40年的时间——这充分体现出LAMOST超高的观测效率

2 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

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”美国激光干涉引力波天文台LIGO2015年起通过探测引力波的方法发现了数十倍太阳质量的黑洞2017雷纳·韦斯基普·索恩和巴里·巴里什因在LIGO的建造和引力波探测方面的贡献被授予诺贝尔物理学奖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”接下来利用LAMOST极高的观测效率天文学家有望发现一大批“深藏不露”的黑洞开创批量发现黑洞的新纪元

这项工作是基于LAMOST中国兴隆加纳利大望远镜西班牙加纳利群岛凯克望远镜美国夏威夷钱德拉X射线天文台美国的观测数据完成的本研究共包括55位作者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28家单位

论文链接https://www.nature.com/articles/s41586-019-1766-2


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