LAMOST再立功

　　這顆距離地球1.5萬光年之外的恒星級“黑洞之王”，其發(fā)現與一個默默奉獻的“大功臣”——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。

　　他說，早在上世紀六七十年代，人類就已經調動了大量觀測資源來發(fā)現黑洞，但由于設備靈敏度以及海量數據處理的難題，最終收效甚微。迫于現實，科學家們想到了利用X射線來識別黑洞的方法，但也困難重重。

　　怎么辦？找到新的方法，發(fā)現數量巨大、沒有X射線輻射的黑洞，成了天文學界近年來研究的熱點和難點。關鍵時刻，我國自主研制的國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡LAMOST派上用場。

　　我們知道，黑洞是由大質量的恒星死亡后發(fā)生引力塌縮形成的。“研究天體，科學家們常常有3個觀測維度：明暗、顏色、位置。”中國科學院國家天文臺高級工程師白仲瑞介紹，這其中，顏色是科學家們常常使用的觀測依據，而顏色又會在光譜特征上有所表現。“換句話說，光譜就像天體的‘條形碼’。”白仲瑞解釋。

　　而收集這些巨量“條形碼”恰恰是“光譜之王”——LAMOST所擅長的。白仲瑞說，LAMOST擁有4000顆眼睛（4000根光纖），一次能觀測近4000個天體。2019年3月，LAMOST公開發(fā)布了1125萬條光譜，被天文學家譽為全世界光譜獲取率最高的“光譜之王”。

　　“工欲善其事必先利其器”。正是LAMOST這臺“天文利器”，助力天文學家發(fā)現了今天的主角“黑洞之王”。

　　2016年初，LAMOST科學巡天部主任張昊彤研究員和云南天文臺韓占文院士提出利用LAMOST觀測雙星光譜，開展雙星系統(tǒng)的研究計劃，并選擇了開普勒一個天區(qū)中的3000多顆恒星開展了為期兩年的光譜監(jiān)測。結果發(fā)現，在一個X射線輻射寧靜的雙星系統(tǒng)（LB-1）中，一顆8倍太陽質量的藍色恒星，圍繞一個“看不見的天體”做著周期性運動，這個“看不見的天體”還表現不同尋常的光譜特征。

　　這顆B型星背后一定有故事，它到底在繞著看不見的“誰”在運動？莫非真的是黑洞！天文學家在追逐宇宙真相的道路上從來不會輕易放過任何一種可能。短暫的激動興奮過后，研究人員隨即申請了西班牙10.4米加納利大望遠鏡和美國10米口徑凱克望遠鏡協助觀測，進一步確認了B型星的光譜性質。

　　根據光譜信息，研究人員計算出B型星的金屬豐度約為1.2倍太陽豐度，質量約為8倍太陽質量，年齡約為35百萬年，距離我們1.4萬光年。“再輔以其他證據，研究人員計算出該雙星系統(tǒng)中存在一個質量約為70倍太陽質量的不可見天體，它只能是黑洞。”劉繼峰稱。

　　顛覆傳統(tǒng)認知

　　故事至此還沒有結束。

　　根據目前的恒星演化模型，只允許在太陽金屬豐度下形成最大為25倍太陽質量的黑洞，因此，LB-1中黑洞的質量已經進入了現有恒星演化理論的“禁區(qū)”。換句話說，銀河系中單個恒星黑洞的質量不應該超過太陽的20倍。而LAMOST的發(fā)現，可能意味著有關恒星演化形成黑洞的理論將被迫改寫，或者以前某種黑洞形成機制被忽視。

　　事實究竟是怎樣的？答案是：繼續(xù)觀測并驗證。“在接下來的長達兩年之久的監(jiān)測時間里，LAMOST共為這項研究做了26次觀測，累積曝光時間約40個小時。”劉繼峰說。

　　時光不負情深。最終的結果成就了LAMOST的這段佳話。為了紀念LAMOST在發(fā)現這顆巨大恒星級黑洞上作出的貢獻，天文學家給這個包含黑洞的雙星系統(tǒng)命名為LB-1。與其他已知的恒星級黑洞不同，LB-1從未在任何X射線觀測中被探測到，這顆黑洞與它的伴星相距較遠，有1.5倍日地距離。研究人員用美國錢德拉X射線天文臺對該源進行觀測，發(fā)現這顆新發(fā)現的黑洞對其伴星吸積非常微弱，是一個“平靜溫和”的恒星級黑洞“冠軍”。

　　這一發(fā)現有何意義？美國激光干涉引力波天文臺LIGO從2015年起，通過探測引力波的方法發(fā)現了數十倍太陽質量的黑洞；2017年，雷納·韋斯、基普·索恩和巴里·巴里什因在LIGO的建造和引力波探測方面的貢獻被授予諾貝爾物理學獎。

　　劉繼峰說，LB-1是一個X射線輻射寧靜的雙星系統(tǒng)，利用常規(guī)X射線方法搜尋這類黑洞是行不通的。長期以來，人們認為徑向速度監(jiān)測可以發(fā)現平靜態(tài)的黑洞雙星，這顆迄今最大質量黑洞的發(fā)現證實了這一點。利用LAMOST大規(guī)模巡天優(yōu)勢和速度監(jiān)測方法，相信天文學家將會發(fā)現一批深藏不露的平靜態(tài)黑洞，從而逐步揭開這個黑暗“家族”的內幕，為研究黑洞成員的形成演化以及質量分布邁出標志性的一步。

　　“接下來，利用LAMOST極高的觀測效率，天文學家有望發(fā)現一大批‘深藏不露’的黑洞,開創(chuàng)批量發(fā)現黑洞的新紀元。”劉繼峰表示。（記者 沈 慧）