推翻人们对付恒星级乌洞构成的传统认知――掀开“黑洞之王”的奥秘里纱

逃逐茫茫宇宙中谁人悠远神秘天体,数百年来多数科学家前仆后继。11月28日凌朝,我国科学家宣告:依托我国自主研制的郭守敬望远镜LAMOST,成功“活捉”一“黑洞之王”。这颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知,无望推进恒星演化和黑洞形成理论的改革――宇宙神秘面纱正一点点向众人揭开。

“事真有时辰比演义更巧妙,黑洞最能实在地体现这一面,它比科幻作者设想的任何货色都更奥妙。”霍金在其最后的著述《十问》中如许写讲。

经过科学家们的不懈尽力,11月28日清晨,我国科学家发布:依靠我国自立研制的郭守敬视远镜LAMOST,胜利“生擒”一“黑洞之王”――这颗在星河系内发现的恒星级黑洞,巨细为太阳质量的70倍,距离我们约1.5万光年。

恒星级黑洞中的这颗“小霸王”黑洞,其质量超乎迷信家们的念象。“这是一个不凡的发现,它将迫使天文学家改写恒星级黑洞的形成本相。”专家们表示。

宇宙吸光器

1915年爱因斯坦提出狭义绝对论,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,预行了黑洞的存在。自此,人类就没有结束过对这类神秘天体的想象和摸索。2015年,初次探测到的引力波为黑洞的存在供给了更加详细的证据。本年,天文学家用时10年利用四大洲8个观测点捕捉了黑洞的视觉证据――尾张黑洞“芳容”,让这个已经“看不见摸不着”的诡同天体有了一丝亲和力。

黑洞究竟是甚么,为什么一代代天文学家为之如此入神?自身不发光,存在超强吸收力,任何从其身边经由的物质,就连速度最快的光也无奈遁离――黑洞,是个货真价实的宇宙实空“吸光器”。不只如此,它的密度出偶地大。有多大?把10倍于太阳质量的恒星紧缩到曲径为北京六环巨细的球体中,这样的密度就相称于黑洞的密度。

根据黑洞质量的分歧,天文学家将黑洞大抵分为恒星级黑洞(100倍太阳质量以下)、中等质量黑洞(100倍至10万倍太阳质量)和超大质量黑洞(10万倍太阳质量以上)。恒星级黑洞是由大质量恒星灭亡形成的,是宇宙中普遍存在的“住民”。

按照科学家们的认知,一颗恒星演化到最后如果剩下的质量太多,即大于3倍太阳质量,则既不克不及形成白矮星,也不克不及成为中子星,一旦进进逝世亡阶段,就没有任何力气可以禁止这颗恒星在最终引力的感化下连续塌缩,最终形成致密的黑洞。

“球状星团和矮星系中央或者有中等质量的黑洞,而在星系的中央存在着超大质量黑洞,比方银河系核心就有一个约400万倍太阳质量的超大质量黑洞。”国家天文台研究员刘继峰说。

“捕获”黑洞

奥秘又风趣,若龙潜深渊暗藏爪牙,潜行于宇宙星海中。可黑洞本身不发光,天文学家如安在茫茫宇宙中寻觅到它们呢?

谜底是直接不雅测。刘继峰先容,不雅考试证黑洞平日有两种圆法,一种是经由过程引力波试验凝听时空的波纹,进而推知黑洞并开事宜,当心这仅实用于稀疏的双黑洞,即两个星系碰碰归并后发生的两个彼此绕转的黑洞。另有一种办法是经过监测亮堂伴星的活动推知黑洞存在,并丈量黑洞质量。从前50年里,人们用应种方式发明了约20颗黑洞,品质均正在3倍到20倍太阳质量之间。

本来,黑洞固然没有发光,不外它们身旁的小搭档们切实是太下调,周边的吸积盘或许陪星皆表示出异常的“气场”:假如黑洞取一颗畸形恒星构成一个间隔较远的单星体系,黑洞就会显露狰狞的帮凶,以强盛的“胃心”间接把这颗伴星上的气体物资吸过去,构成吸积盘,收回晶莹的X射线光。这些X射线光犹如这些物度被黑洞吞噬前的“回光返照”,而便是这一“照”,成为地理教家那些年追随黑洞踪影的强无力端倪。迄古为行,河汉系中简直贪图的恒星级黑洞均经由过程乌洞吸积伴星气体所收出的X射线去辨认的。

依照实践猜测,天河系中应当有上亿颗恒星级黑洞,不过在黑洞双星系统中,可能发出X射线辐射的仅占一小局部。当黑洞和它的伴星距离较远时,我们的“大胃王”也会表现出仄静平和的一里。

既然如斯,对这些平静态,即不吸积伴星气体的黑洞,该若何搜索呢?天文学家在发现这颗最大恒星级黑洞的过程当中给出了齐新答案。

LAMOST再建功

这颗距离天球1.5万光年除外的恒星级“黑洞之王”,其发现与一个冷静贡献的“年夜元勋”――LAMOST,稀弗成分。“如果应用一架一般4米口径千里镜来寻觅如许一颗黑洞,雷同概率下,则须要40年时间,这充足表现出LAMOST超高的观测效力。”刘继峰表现。

他说,早在上世纪六七十年月,人类就已变更了大批观测姿势来发现黑洞,但因为装备敏锐度以及海量数据处置的困难,最末见效甚微。迫于事实,科学家们推测了利用X射线来识别黑洞的方法,但也艰苦重重。

怎样办?找到新的方法,发现数目宏大、出有X射线辐射的黑洞,成了天文坛最近几年来研究的热门和易点。要害时辰,我国自立研造的国度严重科技基本举措措施郭守敬看近镜LAMOST派上用处。

我们晓得,黑洞是由大质量的恒星灭亡后产生引力付缩形成的。“研究天体,科学家们常常有3个观测维度:明暗、颜色、地位。”中国科学院国家天文台高等工程师白仲瑞介绍,这个中,色彩是科学家们经常应用的观测根据,而颜色又会在光谱特征上有所表现。“换句话说,光谱就像天体的‘条形码’。”白仲瑞说明。

而搜集这些巨度“条形码”偏偏是“光谱之王”――LAMOST所善于的。黑仲瑞道,LAMOST领有4000颗眼睛(4000根光纤),一次能观察近4000个天体。2019年3月,LAMOST公然宣布了1125万条光谱,被天文学家毁为全球光谱获得率最高的“光谱之王”。

“工欲擅其事必前利其器”。恰是LAMOST这台“天文利器”,助力天文学家发现了明天的配角“黑洞之王”。

2016年底,LAMOST科学巡天部主任张昊彤研究员和云北天文台韩占文院士提出利用LAMOST观测双星光谱,开展双星系统的研究打算,并抉择了开普勒一个天区中的3000多颗恒星发展了为期两年的光谱监测。结果发现,在一个X射线辐射宁静的双星系统(LB-1)中,一颗8倍太阳质量的蓝色恒星,缭绕一个“看不见的天体”做着周期性运动,这个“看不见的天体”还表现不同平常的光谱特点。

这颗B型星背地必定有故事,它究竟在绕着看不见的“谁”在运动?难道果然是黑洞!天文学家在追赶宇宙本相的途径上素来不会容易放过任何一种可能。长久的冲动高兴事后,研究人员随即请求了西班牙10.4米减纳利大望远镜和米国10米口径凯克望远镜帮助观测,进一步确认了B型星的光谱性子。

依据光谱疑息,研究人员盘算出B型星的金属品貌约为1.2倍太阳品貌,质量约为8倍太阳质量,年纪约为35百万年,距离咱们1.4万光年。“再辅以其余证据,研究职员计算出该双星系统中存在一个质量约为70倍太阳质量的不成睹天体,它只能是黑洞。”刘继峰称。

推翻传统认知

故事至此借不停止。

根据今朝的恒星演化模型,只容许在太阳金属歉度下形成最大为25倍太阳质量的黑洞,因而,LB-1中黑洞的质量曾经进进了现有恒星演化理论的“禁区”。换句话说,银河系中单个恒星黑洞的质量不该该跨越太阳的20倍。而LAMOST的发现,可能象征着相关恒星演化形成黑洞的理论将自愿改写,或之前某种黑洞形成机制被疏忽。

现实毕竟是怎么的?问案是:持续观测并考证。“在接上去的少达两年之暂的监测时间里,LAMOST共为这项研讨做了26次观测,积累暴光时光约40个小时。”刘继峰说。

时间不背情深。终极的成果成绩了LAMOST的这段美谈。为了留念LAMOST在发现这颗伟大恒星级黑洞上做出的奉献,天文学家给这个包括黑洞的双星系统定名为LB-1。与其他已知的恒星级黑洞分歧,LB-1从已在职何X射线观测中被探测到,这颗黑洞与它的伴星相距较远,有1.5倍日地距离。研究人员用米国钱德推X射线天文台对付该源禁止观测,发现这颗新发现的黑洞对其伴星吸积十分幽微,是一个“平静温和”的恒星级黑洞“冠军”。

这一发现有何意思?米国激光干预引力波天文台LIGO从2015年起,通过探测引力波的方法发现了数十倍太阳质量的黑洞;2017年,雷纳・韦斯、基普・索恩和巴里・巴里什果在LIGO的制作和引力波探测方面的贡献被授与诺贝我物理学奖。

刘继峰说,LB-1是一个X射线辐射安静的双星系统,利用惯例X射线方法搜查这类黑洞是止欠亨的。历久以来,人们以为径背速量监测能够发现安静态的黑洞双星,这颗迄今最年夜质量黑洞的发现证明了这一点。利用LAMOST大范围巡天上风跟速率监测方法,信任天文学家将会发现一批深躲不露的镇静态黑洞,从而逐渐掀开这个阴郁“家属”的内情,为研究黑洞成员的造成演变和质量散布迈出标记性的一步。

“接下来,利用LAMOST极高的观测效率,天文学家有望发现一大量‘深藏不露’的黑洞,首创批量发现黑洞的新纪元。”刘继峰表示。(记者 沈 慧)

admin