超硬核！发现迄今最大恒星级黑洞，中国科大人功不可没

北京时间2019年11月28日凌晨，国际科学期刊《自然》发布了中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤（中国科学技术大学9202校友，通讯作者之一）研究团队的一项重大发现。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），研究团队发现了一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞，并提供了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法。这颗70倍太阳质量的黑洞远超理论预言的质量上限，颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知，有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。

黑洞吸积喷射出X射线的艺术想象图（来自网络）

不仅以上突破的通讯作者之一张昊彤是中国科大校友，中国科大天文学系王挺贵教授、褚耀泉教授，以及校友韩占文院士（云南天文台，曾为中国科大博士后）、陆由俊、张伟、顾为民、白仲瑞等均参与该重大发现。

黑洞是一种本身不发光、密度非常大的神秘天体。它具有超强吸引力，任何物质，包括速度最快的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。这其中，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”。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个太阳质量的黑洞。

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

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。

2016年秋季开始，以国家天文台为首的研究团队利用LAMOST开展双星课题研究，历时两年半监测了一个小天区内3000多颗恒星。结果发现，在一个X射线辐射宁静的双星系统中，一颗质量是太阳八倍的蓝色恒星，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米加纳利大望远镜和美国10米凯克望远镜，进一步确认了LB-1的光谱性质，计算出该黑洞的质量是太阳的70倍。值得一提的是，在两年半的监测时间里，LAMOST共为这项研究做了26次观测，累积曝光时间约40个小时。为了纪念LAMOST在发现这颗巨大恒星级黑洞上做出的贡献，天文学家给这个包含黑洞的双星系统命名为LB-1。刘继峰表示，如果利用一架普通四米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——这充分体现出郭守敬望远镜超高的观测效率。

 LB-1的艺术想象图（喻京川绘)

目前恒星演化模型只允许在太阳金属丰度下形成最大为25倍太阳质量的黑洞。这颗新发现黑洞的质量已经进入了现有恒星演化理论的“禁区”。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”。接下来利用LAMOST极高的观测效率，天文学家有望再发现一大批深藏不露的“平静态”黑洞，开创黑洞批量发现的新纪元。

LAMOST望远镜与星空（国家天文台供图）

“工欲善其事必先利其器”，这颗 “黑洞之王”的发现充分证实了LAMOST望远镜强大的光谱获取能力。LAMOST拥有4000颗眼睛（光纤），一次能观测近4000个天体，2019年LAMOST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”。

中国科大在大国重器LAMOST研制中也做出了重要贡献。作为项目承担单位之一，中国科大工程科学学院承担了LAMOST两项关键技术之一的焦面光纤定位技术研究及4000根光纤精确定位的装置研制。在世界上首先提出基于分区思想的并行可控式光纤定位方案，快速准确地将4000根光纤在球焦面上定位，并圆满完成了LAMOST光纤定位装置的研制。验收报告指出，4000个光纤定位单元的定位系统的光纤重复定位精度优于15微米，达到了设计指标的要求；由4000个光纤定位单元、16台光谱仪和32台CCD相机组成的多目标光纤光谱系统已联调成功。光纤出光率99.18％，达到了99％的设计指标。这在光纤定位技术上大大突破目前世界上同时定位640根光纤的技术，从而保证了LAMOST的大规模光谱巡天的高效率。

张昊彤 研究员

张昊彤，男，1992年考入中国科学技术大学，2005年在中国科学技术大学天体物理中心获博士学位，现为国家天文台研究员。张昊彤领导的LAMOST科学巡天部长期负责LAMOST的二维光纤光谱的处理、巡天计划的制定，以及望远镜性能测试及提高。科学巡天部团队克服了仪器不稳定等因素，使得LAMOST二维光谱的处理精度逐步提高，目前波长定标精度4.5km/s, 减天光精度超过SDSS。

王挺贵 教授

王挺贵，男，1965年11月生于浙江，1985年毕业于杭州大学，1992年获中国科学技术大学天体物理专业理学博士学位。现任中国科学技术大学天体物理中心教授、博士生导师，中国科学院星系宇宙学重点实验室主任。1999年获国家基金会杰出青年基金。目前主要研究兴趣包括活动星系、星系中恒星形成以及太阳系外行星。

褚耀泉 教授

褚耀泉，男，1946年11月生于上海，中国科学技术大学天体物理中心教授、博士生导师。中国科学院LAMOST重大科学工程指挥部成员，国际天文学会（IAU）第47专业委员会（星系）科学组织委员会成员。曾任中国科大理学院副院长，天体物理中心副主任、主任，中国天文学会常务理事，安徽省天文学会秘书长。长期以来从事观测宇宙学，河外天体物理方面的研究，从事类星体的认证，高红移天体的性质，宇宙中大尺度结构的分析和形成的理论模型，活动星系核及其它有关课题的研究。曾获全国科学大会集体奖，中国科学院自然科学成果二等奖1次，三等奖2次，获中国科学院有突出贡献中青年科学家称号。

来源：中国科学院国家天文台 科大校友

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