史上最大恒星级黑洞？人类离宇宙起源又进了一步

这篇文章是由中国物理学会的成员写的。

科普作家张玄忠审视科学

昨天(2019年11月28日)上午9: 30，中国科学院国家天文台举行了“郭守敬望远镜发现有史以来最大恒星级黑洞新闻发布会”。

来源:中国新闻网

超大质量恒星黑洞的质量是太阳的70倍，远远超过理论上限25倍的太阳质量。这一重大发现将对恒星演化和黑洞形成理论做出重大贡献。

发现巨型恒星黑洞对天体物理学的发展有什么意义？LAMOST的独特之处是什么？它是如何发现这个恒星黑洞的？黑洞的形成和宇宙的进化之间有什么联系？这些问题将在下面逐一回答。

什么是恒星黑洞？在我们了解恒星黑洞之前，我们必须先知道黑洞是什么。

黑洞是宇宙中最神秘的天体。它的引力如此之大，以至于光也无法逃脱它的引力，所以人类无法直接观察它。

这时，你一定想知道这样一个神奇的天体是如何形成的。

黑洞最初是一颗质量比太阳大得多的恒星。像我们的太阳一样，这颗恒星不断经历核聚变反应。不同的是，它不能像太阳一样在聚变燃料耗尽后逐渐膨胀成为红巨星。

相反，由于其巨大的质量，在聚变燃料逐渐耗尽后，恒星内部无法与恒星原子之间的引力竞争，导致内核坍塌并形成黑洞。

根据黑洞的质量，它们被分为三类:恒星、中等质量和超大质量。

其中，超大质量黑洞存在于每个星系的中心，它们的质量可以达到太阳质量的数百万倍，而中等质量黑洞的质量在100万到10万个太阳质量之间。恒星黑洞的质量大于或等于3个太阳质量。

▲射电望远镜拍摄的真实黑洞(图片来源见水印)

为什么科学家如此关注这个质量是太阳70倍的恒星黑洞？

原来，根据先前恒星演化的理论模型，在太阳金属丰度下，只能形成一个质量是太阳25倍的黑洞，但这个名为LB-1的恒星黑洞的质量几乎是理论值的3倍！

这一发现让中国科学院国家天文台的研究团队大吃一惊。尽管他们在发现恒星黑洞后的三年内反复检查、审议和回顾了审查过程，但他们不能否认恒星黑洞的存在。

他们在2019年11月27日的《自然》杂志上发表了这个结果，并引起了巨大的反响。LB-1的发现也给恒星黑洞的理论模型带来了巨大的挑战。

这一发现的最大贡献者是LAMOST，它是我国自主开发的大口径大视场光学望远镜。

恒星演化的理论预测:1。恒星的命运由初始质量、金属丰度和物质损失决定。2.金属丰度主要通过恒星风物质损失影响恒星演化。3.大质量恒星的金属丰度越低，恒星风损失率越低，核心质量越大，由核心坍缩形成的黑洞质量越大。

金属丰度:天体和其他宇宙物质中除氢和氦以外的所有元素的原子总数或总质量的相对含量。

-5。-为什么是LAMOST？LAMOST是一台大面积多目标光纤光谱天文望远镜。它是世界上光谱采集率最高、孔径最大(4米)和视场最大(5米)的望远镜。它可以同时监控3000个天体，4000个光纤定位单元可以在几分钟内将所有光纤对准目标。

从2016年秋天到现在，研究小组在两年内进行了26次累积40小时的观测，而一架普通的4米望远镜需要40年才能完成这项任务！

此外，LAMOST还采用薄镜面和拼接面主动光学技术，配备近1000个致动器，确保观察时镜面聚焦。它有非常强大的数据处理软件，超过3000个更新，现在有超过80000行程序。

然而，LAMOST最独特的特征并不是它的大口径或大视野，而是它可以实践一种利用视速度监测发现黑洞的新方法。正是这种方法使它能够发现这个“独特的”恒星黑洞。

LAMOST望远镜(图片来源见水印)

LAMOST不像其他望远镜那样使用X射线来监测黑洞，而是直接监测大量恒星的运动。它通过光谱中谱线的移动来揭示恒星的运动，这需要获得大量的恒星光谱。正是其极高的光谱采集率和平行可控的预光定位系统使其能够完成监测任务。

解释:黑洞周围的物体会受到其强大引力的影响并发射出X射线，这可以用来观察黑洞的存在。

LAMOST发现黑洞的过程黑洞非常小，本身不发光，而且离我们很远，所以科学家很难发现它们的存在。

目前，观察黑洞有三种主要方法。

ⅹⅹⅵ

第一种方法是通过引力波实验听空间和时间的波动来推断两个黑洞的合并，但这种方法只适用于罕见的双黑洞。

第二个是推断黑洞的存在，并通过监测明亮伴星的运动来测量黑洞的质量。这种监测方法适用于余伴星和黑洞的同时发生。这种方法只能探测到银河系中大约20个恒星黑洞，它们的质量都不到太阳的20倍。

第三种方法是传统的利用黑洞吸盘进行X射线导向，但只有少数能产生这样的辐射。正是因为LAMOST研究小组突破了传统方法的限制，他们才能够发现LB-1。

▲新闻发布会现场照片

LB-1是一颗B型星。通过对这个恒星黑洞光谱轮廓的精确探测和比较，LAMOST研究人员计算出了一个B型亚粒子，其视速度周期为78.9天，振幅为105千米每秒，有效表面温度为18100-820K，表面重力加速度LG = 3.40.15。

研究人员给出了两种型号的LB-1。

第一个模型是起源于原始双星的LB-1。这个模型起源于他们对光学伴星的观察，表明它的金属丰度与太阳相似。然而，这不能形成超大质量黑洞。

第二个模型是，LB-1黑洞起源于一颗贫金属恒星，并通过一个动态过程捕获伴星。然而，由动力学过程形成的双星有偏心轨道。

对LB-1来说，由潮汐力引起的绕轨道时间尺度超过了宇宙年龄。因此，目前还没有符合LB-1的理论模型。对于这一发现，研究人员已经得出结论，现有的恒星演化理论是不完整的，或者存在一种未知的黑洞双星形成机制。

这些照片来自新闻发布会现场。

b型星:指年龄为248岁，质量为9.1米，恒星半径为11R的星

光谱:不同波长的恒星光的强度分布。

发现这个恒星黑洞LB-1星际黑洞的意义表明，现有的恒星演化理论是不完整的，或者存在一个未知的黑洞双星形成机制。这一发现颠覆了人们对恒星黑洞形成的认识，引发了对恒星黑洞的新思考，推动了恒星演化和黑洞形成理论的创新。

从牛顿的力学宇宙模型到爱因斯坦的广义相对论，到引力波的成功探测，到拍摄黑洞的真实照片……科学技术理论在不断进步，人类正在接近真理。

恒星黑洞的发现无疑是人类历史上的又一个重要里程碑。