星海茫茫,捕捉“黑洞之王”

星海茫茫,捕捉“黑洞之王”
LB—1艺术幻想图。喻京川绘(发)中心阅览恒星级黑洞由大质量恒星逝世构成,依据理论核算,上亿个恒星量级的黑洞“潜行”于苍茫星海中,想要找到它们却并不简单。我国地理学家使用郭守敬望远镜,经过长期、大规模的监测,发现迄今为止最大质量的恒星级黑洞,约为70倍太阳质量。这一发现,有望推进恒星演化和黑洞构成理论的改造,也拓荒了使用郭守敬望远镜巡天优势搜索黑洞的新途径。近来,世界期刊《天然》在线发布了我国地理学家主导的一项严重成果:我国科学院国家地理台刘继峰、张昊彤研讨员领导的研讨团队使用郭守敬望远镜(LAMOST)发现了一颗迄今为止最大质量的恒星级黑洞。这是继本年4月,黑洞初次展露“真颜”后,又一相关严重发现。这颗70倍太阳质量的超大恒星级黑洞远超理论预言的质量上限,推翻了人们对恒星级黑洞构成的认知,可谓“黑洞之王”,有望推进恒星演化和黑洞构成理论的改造。上亿黑洞“深藏不露”,寻觅它们是难点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准确解,预言了黑洞的存在,自此人类就没有中止过对它的幻想和探究。奥秘的黑洞是怎样构成的?像世界万物相同,恒星也会变老逝世。一些大质量恒星在核聚变反响燃料耗尽时,内核会急剧坍缩,当其质量大于约3倍太阳质量时,便会坍缩为一个奇点,成为黑洞。由于其密度极高、引力超强,即便是光也无法从它身边逃离。依照其质量不同,地理学家将黑洞大致分为三类:恒星级黑洞(100倍太阳质量以下)、中等质量黑洞(100倍—10万倍太阳质量)和超大质量黑洞(10万倍太阳质量以上)。刘继峰说:“恒星级黑洞是由大质量恒星逝世构成的,在世界中广泛存在。依据理论核算,银河系中应该存在着上亿个恒星量级的黑洞。”可是,想要在苍茫世界中寻觅到它们却并不简单。由于黑洞本身不发射和反射电磁波,仪器和肉眼都无法直接观测到它。该怎么办?地理学家们测验寻觅各种直接依据,经过探究研讨,发现了一个现象:黑洞会“吃东西”。它在挨近一颗恒星组成双星体系时,会以强壮的“食欲”直接把对方的气体物质吸过来,构成吸积盘,并发射出亮堂的X射线光。经过勘探这些X射线光,可以判别并选出黑洞候选体,再经过进一步监测伴星的运动,可以丈量黑洞的质量并终究承认其存在。刘继峰介绍说,曩昔的50年里,地理学家经过这种办法发现了约20颗黑洞,质量均在3到20倍太阳质量之间。可是,依照理论猜测,银河系中应该有上亿颗恒星级黑洞,而在黑洞双星体系中,可以宣布X射线的只占一小部分。那么,“缄默沉静”的大多数该怎么被寻觅到呢?所以,找到新办法,去发现数量巨大且没有X射线辐射的黑洞,成了地理学界近年来研讨的热门和难点。超大质量黑洞,超出模型理论上限2016年秋,国家地理台领导的研讨团队使用郭守敬望远镜展开双星课题研讨,历时两年监测了开普勒一个天区(K2—0)内的3000多颗恒星。在监测过程中,有一颗“走路拉风”的B型星引起了研讨人员的重视:这颗8倍太阳质量的蓝色恒星,一直在环绕一个“看不见的天体”做着周期性运动。团队成员、我国科学院大学研讨生郑传杰说:“它的光谱携带了十分丰富的信息,除了可以获取它的有用温度、外表重力、金属丰度等重要信息外,光谱中还有一条近乎停止且运转方向和B型星反相位的发射线,这点很不寻常。”经过各种痕迹,研讨人员估测,那个被B型星环绕的“看不见的天体”极有或许是一个黑洞。“依据多个望远镜的屡次观测,咱们进一步承认了B型星的性质。依据光谱信息,核算出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,年纪约为35百万年,间隔咱们1.4万光年。”郑传杰说:“接着,依据B型星和其光谱中那条‘特别’发射线的速度振幅之比,核算出该双星体系中存在一个质量约为70倍太阳质量的不行见天体。质量如此之大的,只能是黑洞。”据刘继峰回想,开始得到成果时,所有人都不敢相信。由于,现在恒星演化模型只允许在太阳金属丰度下构成最大为25倍太阳质量的黑洞,这颗新发现的黑洞质量现已超出了理论规模。《天然》杂志的审稿人对此也十分慎重,提出许多问题。研讨团队重复核算承认,“终究成果不变。这或许意味着有关恒星演化构成黑洞的理论将被改写,或许曾经某种黑洞构成机制被忽视。”刘继峰说。并且,与其他已知的恒星级黑洞不同,这颗黑洞之前从未在任何X射线中被勘探到过,它对其伴星吸积十分弱小,归于之前所说的“缄默沉静”的大多数。刘继峰说:“这个严重发现还拓荒了一条使用郭守敬望远镜的巡天优势寻觅黑洞的新办法。”巡天监测,未来将描绘黑洞群像图值得一提的是,两年半的监测时刻里,郭守敬望远镜共为这项研讨做了26次观测,累积曝光时刻约40个小时。“假如使用一架一般4米口径望远镜来寻觅这样一颗黑洞,相同的几率下,则需求40年的时刻。”刘继峰这样比方。为了留念郭守敬望远镜在发现这颗恒星级黑洞上做出的奉献,地理学家给这个包括黑洞的双星体系命名为LB—1。LB—1的发现充沛证明了郭守敬望远镜强壮的光谱获取才能。郭守敬望远镜具有4000根光纤,比如长了4000只眼睛,一次可以观测近4000个天体。2019年3月,郭守敬望远镜揭露发布了1125万条光谱,成为全球首个打破千万的光谱巡天项目,被地理学家称为全世界光谱获取率最高的“光谱之王”。郭守敬望远镜的一个个科学发现,让地理学家得以从头审视银河系:使用郭守敬望远镜数据,发现人类寓居的家乡银河系比之前知道的大了一倍,还准确称量出银河系的体重约为太阳质量的9000亿倍;银河系晕的相貌被改写,地理学家们发现银晕是个内扁外圆的“胖子”;此外,还发现了万余颗贫金属星,具有了现在世界上最大、合适现有大望远镜盯梢观测的世界化石样本;获取了上百万颗恒星的年纪,为银河系演化研讨供给了根底数据……此次这颗恒星级黑洞,是郭守敬望远镜发现的第一颗黑洞,它的出现将标志着使用郭守敬望远镜巡天优势搜索黑洞新时代的到来。据刘继峰介绍,接下来,研讨团队方案展开一个名为“黑洞猎手”的方案,使用郭守敬望远镜巡天优势批量发现黑洞并丈量黑洞质量,“估计在未来5年内发现并丈量出近百个黑洞,并描绘出一幅黑洞群像画。”刘继峰说。在搜索黑洞的一起,郭守敬望远镜也将持续搜索地外文明,经过勘探系外行星宿主恒星及其性质,加速系外行星的搜索及对地外生命的探究等。