星海茫茫，捕捉“黑洞之王”

　　LB—1艺术想象图。

　　恒星级黑洞由大质量恒星死亡形成，根据理论推算，上亿个恒星量级的黑洞“潜行”于茫茫星海中，想要找到它们却并不容易。

　　我国天文学家利用郭守敬望远镜，通过长时间、大范围的监测，发现迄今为止最大质量的恒星级黑洞，约为70倍太阳质量。这一发现，有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新，也开辟了利用郭守敬望远镜巡天优势搜寻黑洞的新路径。

　　近日，国际期刊《自然》在线发布了中国天文学家主导的一项重大成果：中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究员领导的研究团队利用郭守敬望远镜（LAMOST）发现了一颗迄今为止最大质量的恒星级黑洞。这是继今年4月，黑洞首次展露“真颜”后，又一相关重大发现。

　　这颗70倍太阳质量的超大恒星级黑洞远超理论预言的质量上限，颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知，堪称“黑洞之王”，有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。

　　上亿黑洞“深藏不露”，寻找它们是难点

　　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它的想象和探索。

　　神秘的黑洞是怎样形成的？像宇宙万物一样，恒星也会衰老死亡。一些大质量恒星在核聚变反应燃料耗尽时，内核会急剧坍缩，当其质量大于约3倍太阳质量时，便会坍缩为一个奇点，成为黑洞。由于其密度极高、引力超强，即便是光也无法从它身边逃离。

　　按照其质量不同，天文学家将黑洞大致分为三类：恒星级黑洞（100倍太阳质量以下）、中等质量黑洞（100倍—10万倍太阳质量）和超大质量黑洞（10万倍太阳质量以上）。

　　刘继峰说：“恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的，在宇宙中广泛存在。根据理论推算，银河系中应该存在着上亿个恒星量级的黑洞。”

　　然而，想要在茫茫宇宙中寻找到它们却并不容易。因为黑洞自身不发射和反射电磁波，仪器和肉眼都无法直接观测到它。

　　该怎么办？天文学家们尝试寻找各种间接证据，经过探索研究，发现了一个现象：黑洞会“吃东西”。它在接近一颗恒星组成双星系统时，会以强大的“胃口”直接把对方的气体物质吸过来，形成吸积盘，并发射出明亮的X射线光。通过探测这些X射线光，可以判断并选出黑洞候选体，再通过进一步监测伴星的运动，可以测量黑洞的质量并最终确认其存在。

　　刘继峰介绍说，过去的50年里，天文学家通过这种方法发现了约20颗黑洞，质量均在3到20倍太阳质量之间。

　　但是，按照理论预测，银河系中应该有上亿颗恒星级黑洞，而在黑洞双星系统中，能够发出X射线的只占一小部分。那么，“沉默”的大多数该如何被寻找到呢？于是，找到新方法，去发现数量巨大且没有X射线辐射的黑洞，成了天文学界近年来研究的热点和难点。

　　超大质量黑洞，超出模型理论上限

　　2016年秋，国家天文台领导的研究团队利用郭守敬望远镜开展双星课题研究，历时两年监测了开普勒一个天区（K2—0）内的3000多颗恒星。

　　在监测过程中，有一颗“走路拉风”的B型星引起了研究人员的关注：这颗8倍太阳质量的蓝色恒星，一直在围绕一个“看不见的天体”做着周期性运动。

　　团队成员、中国科学院大学研究生郑传杰说：“它的光谱携带了非常丰富的信息，除了可以获取它的有效温度、表面重力、金属丰度等重要信息外，光谱中还有一条近乎静止且运行方向和B型星反相位的发射线，这点很不寻常。”

　　通过各种迹象，研究人员推测，那个被B型星围绕的“看不见的天体”极有可能是一个黑洞。

　　“根据多个望远镜的多次观测，我们进一步确认了B型星的性质。根据光谱信息，计算出B型星的金属丰度约为1.2倍太阳丰度，质量约为8倍太阳质量，年龄约为35百万年，距离我们1.4万光年。”郑传杰说：“接着，根据B型星和其光谱中那条‘特殊’发射线的速度振幅之比，计算出该双星系统中存在一个质量约为70倍太阳质量的不可见天体。质量如此之大的，只能是黑洞。”

　　据刘继峰回忆，最初得到结果时，所有人都不敢相信。因为，目前恒星演化模型只允许在太阳金属丰度下形成最大为25倍太阳质量的黑洞，这颗新发现的黑洞质量已经超出了理论范围。