本文參加百家號(hào) #科學(xué)了不起# 天文航天系列征文賽。

重量級(jí)：LB-1的藝術(shù)想象圖，顯示了氣體從藍(lán)色伴星被吸極到恒星黑洞之上。 圖片來源：俞京川 北京天文館 2019年

在銀河系中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)繞著一顆恒星運(yùn)行的具有70倍太陽質(zhì)量的超凡黑洞。該天體是迄今為止在我們的星系中發(fā)現(xiàn)的最重的恒星質(zhì)量黑洞。它的存在讓天文科學(xué)家們感到十分困惑，因?yàn)檫@種質(zhì)量大小黑洞在銀河系中理應(yīng)不存在。

圖解:大麥哲倫云面前的黑洞（中心）的模擬視圖。請(qǐng)注意引力透鏡效應(yīng)，從而產(chǎn)生兩個(gè)放大，以星云最高處扭曲的視野。銀河系星盤出現(xiàn)在頂部，扭曲成一個(gè)弧形。

黑洞是由大質(zhì)量恒星的引力坍縮形成的，很難被觀測(cè)得到，因?yàn)榫瓦B光也無法逃脫它們強(qiáng)大的引力。因此，天文學(xué)家們只能通過觀測(cè)黑洞對(duì)其周圍環(huán)境的影響來試圖“觀察”黑洞。這對(duì)于一些超大質(zhì)量的黑洞來說，是相當(dāng)容易做到的，這些黑洞重達(dá)數(shù)百萬或者數(shù)十億個(gè)太陽，點(diǎn)亮了星系的中心包括我們銀河系。

圖解：藝術(shù)家筆下的黑洞。

而更難觀測(cè)得到的是恒星質(zhì)量黑洞，它們的質(zhì)量為太陽的幾十倍。自2015年以來，激光干涉引力波天文臺(tái)（簡(jiǎn)稱：LIGO）， 和歐洲的 處女座 天文臺(tái)的引力波探測(cè)器探測(cè)到了幾個(gè)恒星質(zhì)量黑洞的合并，這表明了至少70-80倍太陽質(zhì)量的恒星質(zhì)量黑洞很久之前就存在于遙遠(yuǎn)的星系之中。

氣體“吞噬”器

通過尋找黑洞吸入其附近星體的氣體時(shí)發(fā)射出來的X射線，天文學(xué)家們已經(jīng)在銀河系中我們地球家園的附近發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)黑洞。盡管據(jù)估計(jì)銀河系中有一億個(gè)質(zhì)量與恒星相近的黑洞，但是僅有大約二十幾個(gè)通過探測(cè)其發(fā)射出的X射線確定了位置。這表明了大部分的黑洞并不會(huì)從其附近的星體吸收氣體，也就不會(huì)發(fā)射出X射線。這些黑洞的質(zhì)量都小于30個(gè)太陽的質(zhì)量。

圖解：質(zhì)量達(dá)太陽10倍的黑洞之電腦模擬圖

一個(gè)國際合作的天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)已經(jīng)利用位于中國的郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）探測(cè)到了一個(gè)處于雙星系統(tǒng)中具有恒星級(jí)黑洞對(duì)其周圍星體的影響作用，這個(gè)雙星系統(tǒng)位于銀河系中，離我們有15,000光年，并且已經(jīng)被命名為L(zhǎng)B-1。

當(dāng)黑洞和它附近的一個(gè)星體互相繞著對(duì)方運(yùn)行的過程中，星體的徑向速度會(huì)產(chǎn)生周期性變化，通過探測(cè)這種周期性變化，我們可以確認(rèn)其是否是黑洞。每79天，這個(gè)星體會(huì)向朝著地球的方向加速，然后加速遠(yuǎn)離地球。這可以被探測(cè)到，這是恒星光的多普勒頻移現(xiàn)象。通過從多個(gè)方面研究從這個(gè)星體發(fā)射出來的光，這個(gè)團(tuán)隊(duì)可以推測(cè)，這個(gè)黑洞大約有八個(gè)太陽的質(zhì)量。

“離奇的”質(zhì)量

這個(gè)團(tuán)隊(duì)還觀察到了一個(gè)環(huán)繞著黑洞的“氫氣環(huán)”發(fā)出的光，這使得他們可以追蹤黑洞本身的運(yùn)動(dòng)路徑。將這些信息整合到一起，天文學(xué)家們計(jì)算出這個(gè)黑洞等同于70個(gè)太陽的質(zhì)量，這一結(jié)果讓他們都覺得驚訝。

這個(gè)團(tuán)隊(duì)由中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員劉繼峰帶領(lǐng)。他解釋為什么他對(duì)這個(gè)結(jié)果感到不可思議：“依據(jù)目前大部分的恒星演化的模型，如此大質(zhì)量的黑洞不應(yīng)該出現(xiàn)在我們的銀河系里。”

里程碑式發(fā)現(xiàn)：天文學(xué)家們揭開了黑洞的神秘面紗（史上第一張黑洞照片）

劉繼峰研究員還補(bǔ)充道：“我們認(rèn)為，當(dāng)具有我們星系典型化學(xué)成分的超巨大星體到達(dá)'生命的終點(diǎn)'時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的恒星風(fēng)，并帶走大部分的氣體。因此，它們不應(yīng)該留下質(zhì)量如此之大的“遺跡”（黑洞）。”

“LB-1的質(zhì)量是我們認(rèn)為的可能質(zhì)量的兩倍，”劉繼峰研究員補(bǔ)充說，“現(xiàn)在理論學(xué)家們不得不接下這一挑戰(zhàn)