光明網訊（記者宋雅娟 肖春芳 蔡琳）11月28日，記者從中科院國家天文臺獲悉，中國天文學家利用郭守敬望遠鏡（LAMOST）發現了一顆迄今為止最大質量的恒星級黑洞LB-1，并提供了一種利用LAMOST巡天優勢尋找黑洞的新方法。這顆近70倍太陽質量的超大恒星級黑洞遠遠超過了理論預言的質量上限，或將改寫恒星演化和黑洞形成理論。

LB-1的藝術想象圖（喻京川繪）

　　該成果由中科院國家天文臺研究員劉繼峰、張昊彤研究團隊發現，并于28日凌晨在國際頂尖科學期刊《自然》在線發表。

　　“黑洞之王”或挑戰恒星演化理論

　　黑洞是一種本身不發光的神秘天體。任何物質，包括光也無法從它身邊逃離。天文學家根據黑洞質量的不同，將黑洞分為恒星級黑洞(100倍太陽質量以下)、中等質量黑洞(100-10倍萬太陽質量)和超大質量黑洞(10倍萬太陽質量以上)。

　　恒星級黑洞是由大質量恒星死亡形成的，是宇宙中廣泛存在的“居民”。一顆恒星演化到最后如果剩下的質量太多（大于3倍太陽質量），就會在巨大引力作用下持續塌縮，最終形成黑洞。

　　中科院國家天文臺研究員、論文第一作者劉繼峰介紹，根據目前恒星演化模型，在太陽金屬豐度下，最大只能形成25倍太陽質量的黑洞。而現在，研究團隊卻在太陽金屬豐度環境下發現了一顆近70倍太陽質量的黑洞。

　　“LB-1黑洞的質量已經進入了現有恒星演化理論的‘禁區’，這可能意味著有關恒星演化形成黑洞的理論將被迫改寫，或者某種黑洞形成機制此前被忽視。”劉繼峰表示。

　　LIGO臺長大衛·雷茨表示，“這一非凡的成果，將與過去四年里LIGO及Virgo探測到的雙黑洞并合事件一起，推動黑洞天體物理研究的復興”。

　　LAMOST功不可沒，為尋找黑洞再添一法

　　劉繼峰介紹，科學家們通過識別黑洞吸積伴星氣體所發出的X射線來尋找黑洞，在過去的50年里，用這種方法發現了約20顆黑洞，質量在3~20倍太陽質量之間。“按照理論預測，銀河系中應該有上億顆恒星級黑洞，但在黑洞雙星系統中，能夠發出X射線輻射的只占一小部分”。

LB-1和引力波并合事件、X射線方法發現的黑洞的質量分布

　　找到新的方法，發現數量巨大、沒有X射線輻射的黑洞，成了天文學界近年來研究的熱點和難點。

　　劉繼峰介紹，2016年秋季開始，研究團隊利用LAMOST開展雙星課題研究，歷時兩年監測了一個小天區內3000多顆恒星。結果發現，在一個X射線輻射寧靜的雙星系統（LB-1）中，一顆8倍太陽質量的藍色恒星，圍繞一個“看不見的天體”做著周期性運動。不同尋常的光譜特征表明，那個“看不見的天體”極有可能是一顆黑洞。

　　研究人員隨即進行了“確認”：他們通過西班牙10.4米口徑加納利大望遠鏡和美國10米口徑凱克望遠鏡，進一步確認了LB-1的光譜性質，計算出該黑洞的質量大約是太陽的70倍。

　　劉繼峰表示，如果利用一架普通四米口徑望遠鏡來尋找這樣一顆黑洞，同樣的幾率下，則需要40年的時間——這充分體現出LAMOST超高的觀測效率。 “LB-1的發現標志著利用LAMOST巡天優勢搜尋黑洞新時代的到來”。

　　據了解，LAMOST擁有4000根光纖，一次能觀測近4000個天體。2019年3月，LAMOST公開發布了1125萬條光譜，成為全球首個突破千萬的光譜巡天項目，被天文學家譽為全世界光譜獲取率最高的“光譜之王”。在此次黑洞發現過程中，LAMOST共為這項研究做了26次觀測，累積曝光時間約40個小時。

　　為了紀念LAMOST在發現這顆巨大恒星級黑洞上做出的貢獻，天文學家給這個包含黑洞的雙星系統命名為LB-1。

　　還有另外的可能：三體系統中的雙黑洞

　　近70倍太陽質量的黑洞大大超出了當前理論模型的演化結果，還有別的可能嗎？

　　劉繼峰表示，另一種可能性，LB-1中的黑洞或許不是由一顆恒星坍縮形成的。他解釋，LB-1可能最初是一個三體系統，觀測到的B型星位于最外軌道，是質量最小的組成部分，而現在的黑洞是由最初內部的雙星形成的雙黑洞并合而成。

　　按照研究團隊的猜想，甚至LB-1的主星目前可能仍然為兩個黑洞，它們彼此繞轉形成一個雙星，而觀測到的B型星是第三伴星。“在這種情形下，該系統將是黑洞并合事件的絕佳候選體，并為研究三體系統中雙黑洞形成提供了獨一無二的實驗室。”劉繼峰補充說。

　　據了解，此次發現是基于LAMOST（中國興隆）、加納利大望遠鏡（西班牙加納利群島）、凱克望遠鏡（美國夏威夷）和錢德拉X射線天文臺（美國）的觀測數據完成的。本研究共包括55位作者，來自中國、美國、西班牙、澳大利亞、意大利、波蘭和荷蘭7個國家28家單位。

[ 責編：武玥彤 ]