中国青年报 ·中国青年网记者 邱晨辉
物理学家 ·霍金在他死后的著作《十个问题》中写道：“事实有时比小说更奇妙，而黑洞是最真实的例证，比科幻小说作家所能想象的任何东西都更奇妙。”
现在，我们已经有了关于黑洞的最新发现。
北京时间11月28日凌晨留学之路，国际学术期刊《自然》在线发布了一则由中国天文学家领衔的重大发现：中国科学院国家天文台研究员刘继峰、张浩桐领衔的研究团队，发现了迄今为止质量最大的恒星级黑洞， 其质量是太阳的70倍，远远超过理论预测的质量上限，堪称“黑洞之王”，颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知。
双星系统LB-1的艺术想象，于景川插画
郭守京望远镜和中国的星空，由中国科学院国家天文台提供
一个让天文学家又爱又恨的黑洞
1915年，爱因斯坦提出广义相对论，德国物理学家卡尔·史瓦西推导出了爱因斯坦场方程的精确解，预言了黑洞的存在。从那时起，人类就从未停止过对这个神秘天体的想象和探索。
1965年，天鹅座X-1因其强烈的X射线辐射而成为第一个被发现的候选黑洞;2015年，引力波首次被探测到，为黑洞的存在提供了更具体的证据;2019年，天文学家花了10年时间，利用四大洲的8个观测点，捕捉到了黑洞的视觉证据——第一个黑洞“面孔”，给这个曾经“看不见摸不着”的奇异物体带来了一丝亲和力。
黑洞到底是什么，为什么它们让几代天文学家着迷？根据刘继峰的说法，黑洞本身并不发光，它们的密度非常大——如果把一颗质量是太阳质量10倍的恒星压缩成一个北京六环大小的球体，这么大的密度相当于一个黑洞的密度，具有超强的吸引力。结果，任何试图从黑洞中“溜走”的物质都会失败，即使是最快的光也无法逃脱。
根据黑洞的质量，天文学家大致将黑洞分为恒星黑洞——低于太阳质量的100倍，中等质量黑洞——太阳质量的100-100,000倍，以及超大质量黑洞——质量超过太阳质量的100,000倍。恒星黑洞是由大质量恒星的死亡形成的，是宇宙中广泛的“居民”。
然而，黑洞本身并不发光，那么天文学家如何在浩瀚的宇宙中找到它们呢？刘继峰告诉记者，如果一个黑洞和一颗正常恒星组成一个紧密的双星系统，黑洞就会露出其狰狞的爪牙，以强烈的“胃口”直接吸附恒星伴星上的气态物质，形成一个吸积盘，发出明亮的X射线。这些X射线，就像物质在被黑洞吞噬之前“回归光明”一样，是“反射”，多年来已成为天文学家追踪黑洞痕迹的有力线索。
迄今为止，银河系中几乎所有的恒星黑洞都是通过黑洞从X射线中吸积伴生气体来识别的。
据刘说，在过去的50年里，使用这种方法已经发现了大约20个黑洞，所有这些黑洞的质量都在太阳质量的3到20倍之间。银河系中有数千亿颗恒星，根据理论预测，银河系中应该有数以亿计的恒星黑洞，而只有一小部分黑洞双星系统能够发射X射线辐射。
“当黑洞和它的伴星相距遥远时，我们的'大肚子'也会展现出平静温柔的一面，那么该如何寻找这些平坦而静止的黑洞呢？”刘继峰说。
在发现最大的恒星黑洞的过程中，中国天文学家提出了一个全新的答案。
超过700天追逐神秘的星星
2016年初，中国科学院国家天文台郭守京望远镜科学调查部主任张浩通、中科院院士、云南天文台韩占文提出，利用郭守京望远镜观测双星光谱， 开展双星系统研究计划，选取3000多个天体进行为期两年的光谱监测。
700多天的追寻之路，不乏艰辛和奇迹。在3000多个天体中德国物理学家卡尔，一颗“走路拉风”的B型恒星引起了研究人员的注意，这颗恒星表现出规律的周期性运动和不寻常的光谱特性。
据刘继峰团队成员、中科院大学研究生郑传杰介绍，郭守京望远镜“眼睛”中的B型恒星光谱携带着非常丰富的信息量，除了获取其有效温度、表面重力等重要信息外， 金属性，光谱中的一条亮线，几乎是静止的，与B型恒星相反相位运行，为恒星增添了足够的神秘感。
“这颗B型恒星背后有故事吗，它是否围绕着看不见的'谁'移动，它真的是一个黑洞吗？”“郑传杰说。
在追寻宇宙真相的过程中，天文学家从未放过任何一种可能性。
为了进一步验证这颗特殊的B型恒星背后的真相，中国天文学家立即申请了西班牙10.4米金丝雀望远镜的21次观测，以及美国10米凯克望远镜的7次高分辨率观测。
根据光谱信息，研究人员计算出，B型恒星的金属度约为太阳丰度的1.2倍，质量约为太阳质量的8倍，年龄约为3500万年，距离地球为14,000光年。
刘继峰告诉记者，研究人员计算出，它后面的看不见的物体——质量大约是太阳的70倍，“它只能是一个黑洞”。
这
B型恒星背后的“大老板”德国物理学家卡尔，被天文学家就这样挖出来了，这样的结果无疑让天文学界感到兴奋和惊讶。但正如刘继峰所说，机遇永远留给有准备的人，没有两年前浩瀚星海的“网”，就不会有今天的“主角”的出现。
据中国科学院国家天文台高级工程师白忠瑞介绍，为了纪念郭守京望远镜在发现这个巨大的恒星黑洞中的贡献，天文学家将包含黑洞的双星系统命名为LB-1。
与其他已知的恒星黑洞不同，LB-1从未在任何X射线观测中被检测到，而且这个黑洞离它的伴星很远。研究人员发现，新发现的黑洞对其伴星的吸积非常微弱，是一个“平静而温和”的恒星黑洞“冠军”。
“光谱之王”和“黑洞之王”相得益彰
事实上，自2015年以来，美国激光干涉引力波观测实验（LIGO）和欧洲室女座引力波天文台（Virgo）已经发现了质量是太阳数十倍的黑洞，比之前已知的银河系恒星黑洞要大得多。然而，天文学家发现这个质量为70倍太阳质量的超级黑洞，不仅揭示了银河系中如此巨大的恒星黑洞的存在，也刷新了人类对恒星黑洞质量上限的认识。
刘继峰表示，目前的恒星演化模型只允许在太阳的金属度下形成最大质量为25个太阳质量的黑洞，因此LB-1中的黑洞质量已经进入了现有恒星演化理论的“禁区”。这可能意味着关于恒星演化形成黑洞的理论将被改写。
大卫 ·LIGO主任Reitz评论说：“在银河系内发现一个质量为70个太阳质量的黑洞，将迫使天文学家改写恒星质量黑洞的形成模型。这一显著的结果，以及LIGO和Virgo在过去四年中探测到的双黑洞合并事件，将推动黑洞天体物理学研究的复兴。”
值得一提的是，这个“黑洞之王”的发现，再次印证了郭守京望远镜强大的光谱获取能力。
据张浩桐介绍，郭守京望远镜有4000根光纤，相当于4000根，一次可以观测近4000个天体。2019年3月，郭守京望远镜公开发布1125万个光谱，成为全球首个超过1000万个光谱巡天工程，被天文学家誉为世界上光谱获取率最高的“光谱之王”。
刘继峰告诉记者，自2016年11月以来，为了发现和研究光谱双星，研究人员利用郭守京望远镜在两年的时间里对3000多颗恒星进行了26次观测，累计曝光时间约为40小时。如果用一台普通的四米望远镜来找到这样一个黑洞——每天8小时，一年365天——那么同样的几率将需要40年。
郭守敬望远镜帮助天文学家发现了今天的主角“黑洞之王”，而“黑洞之王”的出现也为“光谱之王”——郭守敬望远镜增添了更多的精彩。
刘继峰表示，这个恒星黑洞是迄今为止质量最大的黑洞，也是郭守敬望远镜发现的第一个黑洞，它的出现将标志着利用郭守敬望远镜测天的优势，寻找黑洞的新时代的到来，“我相信，'光谱之王'和'黑洞之王'的共同成就将成为一个好兆头天文学界的故事。”
他还希望天文学家能够发现一些隐藏的平面和静态黑洞，从而逐步揭开这个黑暗“家族”的内幕，在研究黑洞成员的形成演化和质量分布方面迈出具有里程碑意义的一步。
（由教育科学系编辑）。
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