硬核!武大研究团队参与​发现迄今最大​恒星级​黑洞​

还记得今年4月人类史上首张面世的黑洞照片吗?这一由200多名科研人员历时10余年、从四大洲8个观测点“捕获”的视觉证据,首次将这个只存在于理论中的天体呈现在人们面前,引发了全世界对黑洞的广泛关注。

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△2019年4月10日由事件视界望远镜(Event Horizon Telescope,EHT)团队发布的世界上首张黑洞照片

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、中等质量黑洞和超大质量黑洞。理论预言,银河系中有上亿颗恒星级黑洞。但是迄今为止,天文学家在银河系中仅发现约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。因此,发展新的方法来发现数量巨大、且无X射线辐射的黑洞,是摆在科学家面前的一个亟待解决的难题

武汉大学物理科学与技术学院教授王伟的研究团队,与中国科学院国家天文台教授、武汉大学珞珈讲座教授刘继峰的研究团队国内外天文学家,日前在合作研究中有一项重大发现:他们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)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。

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△LAMOST望远镜与星空 (图片来源:国家天文台)

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,势必推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。

北京时间11月28日凌晨,国际顶尖科学期刊《自然》发布了他们的合作成果。论文题为“A wide star-black-hole binary system from radial-velocity measurements”(《径向速度测量发现宽轨道黑洞双星系统》)。刘继峰是第一作者和通讯作者,署名单位是国家天文台和武汉大学-国家天文台联合天文中心;王伟是合作作者,署名单位是武汉大学物理科学与技术学院和武汉大学-国家天文台联合天文中心。

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王伟教授,国家优秀青年基金获得者,武汉大学教授,博导。2000年毕业于南京大学天文学系,2003年在中国科学院国家天文台获天体物理硕士学位,2007年在德国马普地外物理研究所和慕尼黑工业大学获得博士学位。2007年加入国家天文台,2014年聘为研究员。2017年加入武汉大学物理科学与技术学院组建天文团队。已发表60余篇论文,主要研究兴趣是高能天体物理,黑洞、中子星、脉冲星的理论和观测研究,超新星物理,超新星遗迹与高能宇宙线起源,核天体物理,空间天文等。

高能天体物理团队有教授1名,特聘研究员3名,博士后4名。团队致力于理解宇宙中剧烈活动天体物理过程,揭示黑洞、中子星等特殊天体的物理本质,是中国第一颗X射线卫星慧眼科学卫星、高海拔宇宙线天文台LHAASO、黑洞猎手巡天项目的PI团队。同时利用国外先进天文望远镜如美国NuStar、Chandra卫星,欧洲INTEGRAL卫星开展黑洞、中子星和超新星物理的研究。利用数值模拟新手段理解黑洞形成、吸积和喷流,超新星爆发的物理机制。

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△王伟教授(右一)研究团队

LAMOST是我国自主研制、全世界光谱获取率最高的光谱望远镜,2019年成为全球首个获取光谱数突破千万的光谱巡天项目,在这次科学发现中发挥了巨大作用。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,对一个小天区内3000多颗恒星进行了历时两年半的长期监测。在两年半的时间内,LAMOST共为这项研究做了26次观测,累积曝光时间约40个小时。

研究人员发现,在一个X射线辐射宁静的双星系统(LB-1)中,一颗质量是太阳八倍的蓝色恒星在绕着一个看不见的天体做周期性运动,其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,并计算出黑洞质量是太阳的70倍。

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△ 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”

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△ 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

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。

据悉,武汉大学-国家天文台联合天文中心是武汉大学与中国科学院国家天文台联合成立的一个开放的合作平台。中心通过组织学术活动加强双方的科研合作和学术交流,推动课题的联合与交叉研究,推进双方合作参与国家重大和重点项目的研究工作,旨在打造成为国内一流天文学科研平台。

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论文链接

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武汉大学
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