追逐茫茫宇宙中那個遙遠神秘天體,數百年來無數科學家前赴後繼。《自然》28日凌晨發布了中國天文學家主導的一項重大發現。中國科學院國家天文台劉繼峰、張昊彤的研究團隊「活捉」了一顆「黑洞之王」,是迄今最大質量的恆星級黑洞,大小為太陽品質的70倍,距離我們約1.5萬光年。這顛覆了人們對恒星級黑洞形成的認知,有望推動恒星演化和黑洞形成理論的革新——宇宙神秘面紗正一點點向世人揭開。
這顆距離地球1.5萬光年之外的恒星級「黑洞之王」,其發現與一個默默奉獻的「大功臣」——郭守敬望遠鏡(LAMOST),密不可分。「如果利用一架普通4米口徑望遠鏡來尋找這樣一顆黑洞,相同幾率下,則需要40年時間,這充分體現出LAMOST超高的觀測效率。」劉繼峰表示。
這顆70倍太陽質量的黑洞遠超理論預言上限,顛覆了相關認知,勢必推動恆星演化和黑洞形成理論的革新。它還開闢了一條利用LAMOST的巡天優勢尋找黑洞的新路。
「接下來,利用LAMOST極高的觀測效率,天文學家有望發現一大批『深藏不露』的黑洞,開創批量發現黑洞的新紀元。」劉繼峰表示。
黑洞分為恆星級黑洞(不到100倍太陽質量)、中等質量黑洞(100-10萬倍太陽質量)和超大質量黑洞(10萬倍太陽質量以上)。恆星級黑洞是大質量恆星的「木乃伊」,宇宙中有很多。一顆恆星臨終時如果太重(大於3倍太陽質量),就沒有任何力量可以阻止它在自身引力下塌縮成緻密的黑洞。
黑洞不發光,怎麼能看到它?通過黑洞的「家暴」證據。黑洞接近一顆恆星,施展吸星大法,撕扯掉對方的氣體物質,形成吸積盤,並射出明亮的X射線光——那是物質被黑洞吞噬前的「迴光返照」。迄今,銀河系中幾乎所有恆星級黑洞都是這樣找到的。(還有1個新方法是觀察兩個黑洞合併形成的引力波)。
按照理論預測,銀河系中應該有上億顆恒星級黑洞,不過在黑洞雙星系統中,能夠發出X射線輻射的僅占一小部分。當黑洞和它的伴星距離較遠時,我們的「大胃王」也會表現出平靜溫和的一面。
過去50年,X射線暴露了約20顆黑洞,均在3到20倍太陽質量之間。銀河裡應該有上億顆恆星級黑洞。可黑洞雙星系統中發X射線的只佔少數。那些溫柔的黑洞就很難被找到。
黑洞到底是什麼,為何一代代天文學家為之如此着迷?本身不發光,具有超強吸引力,任何從其身邊經過的物質,就連速度最快的光也無法逃離——黑洞,是個名副其實的宇宙真空「吸光器」。不僅如此,它的密度出奇地大。有多大?把10倍於太陽品質的恒星壓縮到直徑為北京六環大小的球體中,這樣的密度就相當於黑洞的密度。銀河系中心就有一個約400萬倍太陽質量的大黑洞。