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中国天文学家发现银河系最大恒星级黑洞,其质量相当于70个太阳

发布时间:2019年12月03日 13:38微信公众号:站长浏览(

    中国天文学家发现银河系最大恒星级黑洞,其质量相当于70个太阳

    中国天文学家发现银河系最大恒星级黑洞,其质量相当于70个太阳


    今天凌晨,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。


    即使在这个时候,宇宙仍是一个大得无法想象的存在,IDG资本首席畅想官刘慈欣曾说——


    我相信,无垠的太空,仍然是人类想象力最好的去向和归宿。我一直在描写宇宙的宏大和神奇,描写星际探险,描写遥远世界中的生命和文明。


    中国天文学家发现银河系最大恒星级黑洞,其质量相当于70个太阳

    本文经AI新媒体量子位(公众号 ID: QbitAI)授权转载,转载请联系出处作者 / 鱼羊 赖可 乾明


    中国天文学家发现银河系最大恒星级黑洞,其质量相当于70个太阳


    银河系中,竟然存在着70于太阳质量的巨大恒星级黑洞。
    这一中科院领衔的最新发现,颠覆了过往对恒星演化模型的认知。要知道,此前,按照天文学家的推演,银河系中单个恒星黑洞的质量不超过太阳的20倍。这是因为,银河系中质量非常大的恒星,随着寿命的临近,在坍缩成黑洞之前,会因为爆炸和强大的恒星风而失去大部分质量。留下太阳近70倍质量的余量,完全超出了科学家们的想象。

    中国天文学家发现银河系最大恒星级黑洞,其质量相当于70个太阳

    LB-1的艺术想象图(喻京川绘)论文一作,中国国家天文台的刘继峰研究员表示:目前大多数恒星演化模型认为,在我们的银河系中不应该存在如此质量的黑洞。 这一电磁波波段最重恒星级黑洞的发现,还登上了最新一期的Nature。
    发现了什么 这次,来自中国兴隆观测基地的LAMOST(郭守敬望远镜)立了大功。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。

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    在用LAMOST对开普勒K2-0天区中的3000多个天体进行了为期两年的径向速度测量后,研究人员发现,有一颗B型星光谱携带了非常丰富的信息。这颗距离地球1.5万光年的B型星本身,质量为8倍太阳质量,绕转周期为79天,其周期性运动和伴随的Hα射线指出,在它的身边,有一颗“看不见的天体”,很可能是一个黑洞。研究人员随即申请了西班牙10.4米加纳利大望远镜(GTC)的21次观测和美国10米凯克望远镜的7次高分辨率观测。根据光谱信息分析后,惊人的结果出现了,那颗暗伴星,质量为68个太阳质量。这只能是一个黑洞。并且,是目前银河系内发现的最重的黑洞。根据论文一作刘继峰的介绍,一般模型认为,大质量的恒星级黑洞主要形成于低金属丰度环境(低于1/5太阳金属丰度),LB-1却拥有一个与太阳金属丰度相近(1.2倍太阳丰度)的B型星。 无论这颗恒星最初的质量有多大,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。这种质量的黑洞甚至不应该存在于我们的星系中。一种可能性,LB-1中的黑洞或许不是由一颗恒星坍缩形成的。LB-1可能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。 研究团队猜想,LB-1的主星目前可能仍为两个黑洞,它们彼此绕转形成一个双星,而观测到的B型星是第三伴星。

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    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在此次黑洞发现过程中,LAMOST为这项研究进行了26次观测,累积曝光时间约40个小时。LAMOST,即大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜,是一新类型的大视场兼备大口径望远镜,建成于2008年,拥有4000颗眼睛(4000根光纤),一次能观测近4000个天体,也是全世界光谱获取率最高的“光谱之王”:今年3月份,其公开发布了1125万条光谱,成为全球首个突破千万的光谱巡天项目。 刘继峰说,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。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。
    颠覆恒星演化理论 黑洞是宇宙中已知的最致密天体,恒星黑洞则是大恒星演化的终极阶段。大恒星不停地发生核聚变,在燃料燃烧尽后发生引力坍塌。黑洞形成之前,会发生爆炸,并产生强大的恒星风,这会使质量流失。

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    2007年,美国科学家发现了一颗质量达到了22~34倍大的黑洞。这颗黑洞被命名为IC 10 X-1 X-ray发现这颗黑洞的科学家,马萨诸塞州剑桥市哈佛-史密森天体物理学中心的安德里亚普雷斯特维奇(Andrea Prestwich)说:“我们没想到会发现这么大的恒星质量黑洞。”这颗黑洞由垂死的恒星形成,科学家推测,这似乎表示,垂死的恒星形成的黑洞比一般所想象的要大很多。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银河系里的恒星级黑洞。这些探测结果都在挑战已有的对于恒星黑洞的理解,现有理论认为,质量过于大的恒星最终会不会成为黑洞,而是会演化成超新星,而落在50到65太阳质量的天体则会在一系列的演化过程中发射各种爆炸,不断损失质量,直到变得稳定。按照这一逻辑,不应该有50到130太阳质量的黑洞。这次发现70倍太阳质量的黑洞完全超出了这一理论的范畴。佛罗利达大学的激光干涉仪引力波天文台(LIGO)主任戴维·雷茨(David Reitze)说:这一发现迫使我们重新审视恒星级黑洞的形成模型。 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。
    55位作者,中国占了大半 如此研究,并非只有中国研究人员参与,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)和钱德拉X射线天文台(美国)的观测数据完成的。

    中国天文学家发现银河系最大恒星级黑洞,其质量相当于70个太阳

    一共有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29家单位。来自中国的作者有40多位。研究的第一作者&通讯作者刘继峰,是中国科学院国家天文台首席研究员,银河系三维结构团组负责人。

    中国天文学家发现银河系最大恒星级黑洞,其质量相当于70个太阳

    他1991年进入北京大学读书,就读于天体物理学专业。1997年获得硕士学位之后,前往密歇根大学进一步深造。2005年获天体物理学博士学位后,在哈佛大学做博士后及PI研究员,从事天体物理学研究,曾获美国宇航局爱因斯坦学者奖等。2010年回国,在中科院国家天文台任职,主要研究兴趣是黑洞等致密天体和恒星族的多波段观测。在这篇研究之外,分别在2013年、2015年以第一作者的身份发表了两篇Nature。并于2014年获得国家杰出青年基金支持,2015年获科技部“中青年科技创新领军人才”,2016年获“全国优秀科技工作者”。2015年参与筹建国科大天文学院,并作为副院长负责教学等工作。目前,他正致力于使用我国的重大科学装置LAMOST光谱巡天,结合海量多波段数据,利用云计算手段,试图解答关于致密天体和恒星研究的一些基本问题。另一位通讯作者张昊彤,也是来自于国家天文台。

    中国天文学家发现银河系最大恒星级黑洞,其质量相当于70个太阳

    他1996年本科毕业于中国科学技术大学物理系,之后在中国科学技术大学天体物理中心攻读博士学位,并于2005年毕业。之后便进入中国科学院国家天文台工作,担任副研究员。2014年升任为研究员。主要的工作是领导的LAMOST科学巡天部,长期负责LAMOST的二维光纤光谱的处理、巡天计划的制定,以及望远镜性能测试及提高。
    引发热议 你一定想不到,就在两年前,还有五位天文学家打赌,将来会不会发现55到130太阳质量的黑洞存在,两个人认为有。所以现在,另外三个科学家每个人就要输掉两瓶100美元的葡萄酒了。也有天文爱好者告诉量子位,这可能意味着宇宙中会有比预期更多的黑洞,同时也可能意味着会存在更多的黑洞合并事件。同样,也有人评价说,这也就意味着,宇宙最大的自然规则,可能就是没有什么规则。

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    但毫无疑问,这一新发现颠覆了过往认知,可能会进一步改写我们现有的教科书。宇宙如此神奇,宇宙还如此未知。你怎么看?
    传送门 Nature论文:
    https://www.nature.com/articles/s41586-019-1766-2参考资料:https://www.quantamagazine.org/possible-detection-of-a-black-hole-so-big-it-should-not-exist-20190828/



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