揭开“黑洞之王”的神秘面纱

图① 存在于星系中心的超大质量黑洞。 （来源：NASA）

图② 巨型黑洞艺术想象图。喻京川绘

图③ 我国自主研制的郭守敬望远镜LAMOST。 （资料图片）

　　追逐茫茫宇宙中那个遥远神秘天体，数百年来无数科学家前赴后继。11月28日凌晨，我国科学家宣布：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，有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新——宇宙神秘面纱正一点点向世人揭开。

　　“事实有时候比小说更奇妙，黑洞最能真实地体现这一点，它比科幻作家想象的任何东西都更奇妙。”霍金在其最后的著作《十问》中这样写道。

　　经过科学家们的不懈努力，11月28日凌晨，我国科学家宣布：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”——这颗在银河系内发现的恒星级黑洞，大小为太阳质量的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，其质量超乎科学家们的想象。“这是一个非凡的发现，它将迫使天文学家改写恒星级黑洞的形成模型。”专家们表示。

　　宇宙吸光器

　　1915年爱因斯坦提出广义相对论，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精确解，预言了黑洞的存在。自此，人类就没有停止过对这种神秘天体的想象和探索。2015年，首次探测到的引力波为黑洞的存在提供了更为具体的证据。今年，天文学家历时10年利用四大洲8个观测点捕获了黑洞的视觉证据——首张黑洞“芳容”，让这个曾经“看不见摸不着”的诡异天体有了一丝亲和力。

　　黑洞到底是什么，为何一代代天文学家为之如此着迷？本身不发光，具有超强吸引力，任何从其身边经过的物质，就连速度最快的光也无法逃离——黑洞，是个名副其实的宇宙真空“吸光器”。不仅如此，它的密度出奇地大。有多大？把10倍于太阳质量的恒星压缩到直径为北京六环大小的球体中，这样的密度就相当于黑洞的密度。

　　根据黑洞质量的不同，天文学家将黑洞大致分为恒星级黑洞（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死亡形成的，是宇宙中广泛存在的“居民”。

　　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，则既不能形成白矮星，也不能成为中子星，一旦进入死亡阶段，就没有任何力量可以阻止这颗恒星在终极引力的作用下持续塌缩，最终形成致密的黑洞。

　　“球状星团和矮星系中心或许有中等质量的黑洞，而在星系的中心存在着超大质量黑洞，比如银河系中心就有一个约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。

　　“捕捉”黑洞

　　神秘又有趣，若龙潜深渊隐藏爪牙，潜行于宇宙星海中。可黑洞本身不发光，天文学家如何在茫茫宇宙中寻找到它们呢？

　　答案是间接观测。刘继峰介绍，观测验证黑洞通常有两种方法，一种是通过引力波实验聆听时空的涟漪，进而推知黑洞并合事件，但这仅适用于稀少的双黑洞，即两个星系碰撞合并后产生的两个相互绕转的黑洞。还有一种方法是通过监测明亮伴星的运动推知黑洞存在，并测量黑洞质量。过去50年里，人们用该种方法发现了约20颗黑洞，质量均在3倍到20倍太阳质量之间。

　　原来，黑洞虽然不发光，不过它们身边的小伙伴们实在是太高调，周边的吸积盘或者伴星都表现出异样的“气场”：如果黑洞与一颗正常恒星组成一个距离较近的双星系统，黑洞就会露出狰狞的爪牙，以强大的“胃口”直接把这颗伴星上的气体物质吸过来，形成吸积盘，发出明亮的X射线光。这些X射线光如同这些物质被黑洞吞噬前的“回光返照”，而就是这一“照”，成为天文学家这些年追寻黑洞踪迹的强有力线索。迄今为止，银河系中几乎所有的恒星级黑洞均通过黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来识别的。

　　按照理论预测，银河系中应该有上亿颗恒星级黑洞，不过在黑洞双星系统中，能够发出X射线辐射的仅占一小部分。当黑洞和它的伴星距离较远时，我们的“大胃王”也会表现出平静温和的一面。

　　既然如此，对于这些平静态，即不吸积伴星气体的黑洞，该如何搜寻呢？天文学家在发现这颗最大恒星级黑洞的过程中给出了全新答案。

　　LAMOST再立功