发现迄今最大黑洞 有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新

图为LB-1的艺术想象图（喻京川绘) 国家天文台供图

新华网北京11月28日电（王莹）记者从中国科学院国家天文台获悉，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），国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队发现了一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞，这颗70倍太阳质量的黑洞远超理论预言的质量上限，有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。成果于北京时间11月28日凌晨，在国际科学期刊《自然》上发表。

黑洞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、中等质量黑洞和超大质量黑洞。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”。

在28日举行的新闻发布会上，论文第一作者、刘继峰研究员介绍，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。“在这样的背景下，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。”

记者了解到，从2016年秋季开始，国家天文台领衔的研究团队利用LAMOST开展双星课题研究，历时两年监测了银河系一个小天区内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）中，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倍。

图为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 国家天文台供图

“这样的结果让当时的我们不敢相信”，据刘继峰介绍，一般模型认为，大质量恒星级黑洞主要形成于低金属丰度（低于1/5太阳金属丰度）环境中，LB-1却有一个与太阳金属丰度相近的B型星。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，此次发现70倍于太阳质量的黑洞，显然已经突破了现有恒星演化理论。

对此，美国激光干涉引力波天文台（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”。

图为LAMOST望远镜与星空   国家天文台供图

值得关注的是，此次研究成果的获得，LAMOST功不可没。据国家天文台高级工程师白仲瑞介绍，LAMOST拥有4000颗“眼睛”（4000根光纤），一次能观测近4000个天体。2019年3月，LAMOST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，被天文学家誉为全世界光谱获取率最高的“光谱之王”。

在历时两年的监测里，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。“这颗迄今为止最大质量的恒星级黑洞，是LAMOST发现的第一颗黑洞。接下来，利用LAMOST极高的观测效率，天文学家有望发现更多‘深藏不露’的黑洞。”