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LB-1 中国天文学家依托郭守敬望远镜在双星系统中发现迄今最大恒星级黑洞 ...( 五 )

生活百科双星


宇宙吸光器
霍金在其最后的著作《十问》中写道，“事实有时候比小说更奇妙，黑洞最能真实地体现这一点，它比科幻作家想象的任何东西都更奇妙” 。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式的一个精确解，预示了黑洞的存在 。自此人类就没有停止过对这种神秘天体的想象和探索 。1965年，天鹅座X-1因其强X射线辐射成为第一颗被发现的黑洞侯选体；2015年，首次探测到的引力波为黑洞的存在提供了更为具体的证据；2019年，天文学家历时10年利用四大洲八个观测点捕获了黑洞的视觉证据——首张黑洞“芳容”，让这个曾经“看不见摸不着”的诡异天体有了一丝亲和力 。黑洞到底是什么，为何让一代代天文学家为之如此着迷？本身不发光，密度非常大（把10倍于太阳质量的恒星压缩到直径为北京六环大小的球体中，这样的密度就相当于黑洞的密度），具有超强的吸引力，任何从其身边经过的物质，就连速度最快的光也无法逃离，这种神奇的天体就是黑洞 。因此可以说，黑洞是名副其实的宇宙真空“吸光器” 。
天文学家根据黑洞质量的不同，将黑洞大致分为恒星级黑洞（100倍太阳质量以下）、中等质量黑洞（100-10万倍太阳质量）和超大质量黑洞（10万倍太阳质量以上） 。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” 。一颗恒星演化到最后如果剩下的质量太多（大于3倍太阳质量），多到既不能形成白矮星，也不能成为中子星，一旦进入死亡阶段，就没有任何力量可以阻止这颗恒星在终极引力的作用下持续塌缩，最终形成致密的黑洞 。球状星团和矮星系中心或许有中等质量的黑洞，而在星系的中心存在着超大质量黑洞，比如银河系中心就有一个约400万倍太阳质量的超大质量黑洞 。
黑洞神秘而又有趣，若龙潜深渊，隐藏爪牙，潜行于宇宙星海中 。黑洞本身不发光，天文学家又如何在茫茫宇宙中寻找到它们呢？奈何它们身边的小伙伴们实在是太高调，周边吸积盘或者伴星都表现出异样的“气场” 。如果黑洞与一颗正常恒星组成一个密近双星系统，黑洞就会露出狰狞的爪牙，以强大的“胃口”直接把恒星伴星上的气体物质吸过来，形成吸积盘，发出明亮的X射线光（图一） 。这些X射线光如同这些物质被黑洞吞噬前的“回光返照”，就是这一“照”成为天文学家过去这些年追寻黑洞踪迹的强有力线索 。
迄今为止，银河系中几乎所有的恒星级黑洞都是通过黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来识别的 。过去的五十年里，人们用该种方法发现了约二十颗黑洞，质量均在3到20倍太阳质量之间 。银河内有数以千亿计的恒星，按照理论预测，银河系中应该有上亿颗恒星级黑洞，而在黑洞双星系统中，能够发出X射线辐射的只占一小部分 。当黑洞和它的伴星距离较远时，我们的“大胃王”也会表现出平静温和的一面，那对于这些平静态（不吸积伴星气体）的黑洞如何来搜寻呢？天文学家在发现这颗最大恒星级黑洞的过程中给出了全新的答案 。
星星在绕“谁”运动？
国家天文台刘继峰研究员和张昊彤研究员领导的研究团队在浩瀚星海中发现了一个表现异常的双星系统，这其中会不会包含一颗深藏不露的黑洞呢？700多天的追逐之路饱含了艰辛和精彩 。
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，并选择了开普勒一个天区（K2-0）中的3000多个天体进行了为期两年的光谱监测 。在这其中有一颗“走路拉风”的B型星引起了研究人员的关注，这颗星表现出规律地周期性运动和不同寻常的光谱特征 。这条LAMOST“眼中”的B型星光谱携带了非常丰富的信息，除了可以获取它的有效温度、表面重力、金属丰度等重要信息外，光谱中一条近乎静止且运行方向和B型星反相位的明线（Hα发射线）给这颗星增添了足够的神秘感 。研究人员怀疑这颗B型星背后一定有故事，它到底在绕着看不见的“谁”运动？莫非真的是黑洞！！！天文学家在追逐宇宙真相的道路上从来都不会轻易放过任何一种可能 。
为了进一步验证这颗特殊B型星背后的真相，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（Keck）的7次高分辨率观测，进一步确认了B型星的性质 。
根据光谱信息，研究人员计算出B型星的金属丰度约为1.2倍太阳丰度，质量约为8倍太阳质量，年龄约为35百万年，距离我们1.4万光年 。根据B型星和Hα发射线的速度振幅之比，研究人员计算出该双星系统中存在一个质量约为70倍太阳质量的不可见天体，它只能是黑洞 。B型星背后的“大BOSS”就这样被天文学家挖了出来，这样的结果无疑是让人们兴奋和惊喜的，然而机遇永远都是留给有准备的人，没有两年前茫茫星海的“撒网”，也便没有今天这个“主角”的出现 。

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