中国国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队发现迄今为止质量最大的恒星级黑洞

L-1的艺术想象(于京川画)

B-1和引力波合并事件，用X射线方法发现黑洞的质量分布。

据东网报道:中国科学院国家天文台和张研究团队近日发现了一个迄今为止质量最大的恒星黑洞，其质量是太阳的70倍，超过了理论预测的质量极限，颠覆了人们对恒星黑洞形成的传统认知。这一发现发表在周四(28日)的国际科学杂志《自然》上。

自2016年以来，该研究小组利用中国自制的郭守敬望远镜在哮天地区监测了3000多颗恒星。其中，在一个有安静X射线辐射的双星系统中，发现了一颗质量是太阳8倍的蓝星，它周期性地围绕一个“看不见的”天体运动。由于其不同寻常的光谱特征，最终被确认为黑洞。

研究小组计算出黑洞的质量是太阳的70倍。指出在目前的恒星演化模型中，在太阳金属丰度下，只允许形成最大质量为太阳25倍的黑洞。这一新发展进入了现有恒星演化理论的“禁区”，改写了人类对黑洞形成模型的认知。

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据中科院国家天文台消息:北京时间2019年11月28日凌晨，国际科学杂志《自然》发表了中科院国家天文台和张研究团队取得的一项重大发现。依托我国自主研发的国家重大科技基础设施——郭守敬望远镜(LAMOST)，研究团队发现了迄今为止质量最大的恒星级黑洞，并利用LAMOST的巡天优势，提供了寻找黑洞的新方法。这个质量是太阳70倍的黑洞，远超理论预测的质量极限，颠覆了人们对恒星黑洞形成的认知，有望推动恒星演化和黑洞形成理论的创新。

黑洞是不发光的神秘天体。任何物质，包括光，都无法从中逃脱。根据质量的不同，黑洞一般分为恒星黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。其中，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”。理论上，银河系中有数亿个恒星级黑洞，但迄今为止，天文学家仅在银河系中发现了约20个恒星级黑洞——它们都是通过黑洞吸积伴星气体发出的X射线来识别的，而且它们的质量都小于太阳的20倍。

寻找一种新的方法，在没有X射线辐射的情况下发现大量黑洞，成为近年来天文学研究的热点和难点。

从2016年秋开始，国家天文台领导的研究团队利用LAMOST开展双星研究，历时两年，在一个哮天地区监测了3000多颗恒星。发现在一个有安静X射线辐射的双星系统(LB-1)中，一颗8倍太阳质量的蓝星围绕一个“看不见的天体”做周期性运动。不寻常的光谱特征表明，“看不见的天体”极有可能是黑洞。研究人员随即“证实”:他们通过西班牙的10.4米加那利望远镜和美国的10米凯克望远镜进一步证实了LB-1的光谱特性，计算出黑洞的质量约为太阳的70倍。值得一提的是，LAMOST在两年的监测期内，为这项研究做了26次观测，累计曝光时间约40小时。刘继峰说，如果用一个普通的四米望远镜来发现这样一个黑洞，在同样的概率下需要40年——这充分展示了LAMOST超高的观测效率。

目前恒星演化理论预测，在太阳金属丰度下，只能形成最大质量为太阳25倍的黑洞。这个新发现的黑洞的质量已经进入了现有恒星演化理论的“禁区”。2015年以来，美国激光干涉引力波天文台(LIGO)通过探测引力波发现了几十倍于太阳质量的黑洞；2017年，雷纳·韦斯、基普·索恩和巴里·巴里什因其对LIGO建设和引力波探测的贡献而被授予诺贝尔物理学奖。LIGO导演大卫·雷评论道，“在银河系中发现一个质量是太阳70倍的黑洞，将迫使天文学家重写恒星级黑洞的形成模型。这一非凡的成就将与美国激光干涉引力波天文台(LIGO)和欧洲处女座引力波天文台(处女座)在过去四年中探测到的双黑洞合并一起，推动黑洞天体物理研究的复兴。”接下来，利用LAMOST极高的观测效率，天文学家有望发现大量“隐藏”的黑洞，开创大规模发现黑洞的新时代。

本工作基于LAMOST(中国兴隆)、Canary望远镜(西班牙加那利群岛)、Keck望远镜(美国夏威夷)和Chandra X射线天文台(美国)的观测数据。这项研究包括来自7个国家28个单位的55位作者，包括中国、美国、西班牙、澳大利亚、意大利、波兰和荷兰。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-019-1766-2.

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论文称:15000光年外，有一个理论上“不可能”的黑洞。

11月28日，中国科学院国家天文台宣布利用郭守敬望远镜发现了一个68倍太阳质量的恒星黑洞，打破了此前的望远镜探测记录。

相关论文发表在最新一期英国《自然》杂志上。

就是黑洞巨大的质量集中在一点，形成强大的引力场，连光都逃不掉的结果。按照质量，天体物理黑洞可分为恒星黑洞(3-100个太阳质量)、星系中心超大质量黑洞(10万个太阳质量以上)和介于两者之间的中间黑洞。

比如银河系中心的超大质量黑洞人马座a*，质量约为太阳的430万倍。

恒星级黑洞较为常见，一般认为是具有一定质量的恒星在接近生命尽头时发生引力坍缩的结果。但根据之前的理论分析，恒星演化很难形成质量为太阳20倍以上的黑洞，在坍缩过程中会损失大部分质量。而这个“不可能”的黑洞带来了颠覆性的挑战。

这一成果由国家天文台研究员、张领导的研究团队首次发现，为利用郭守敬望远镜的优势寻找黑洞提供了一种新方法。通常黑洞在吞噬伴星的过程中会形成耀眼的吸积盘并喷出X射线，这也是检测黑洞质量的主流方法。然而，这个名为“LB-1”的黑洞距离其伴星8倍太阳质量很远，不产生X射线。所以这一次科学家使用了径向速度法，也就是看到伴星在接近或者离开观测点的过程中产生的辐射的光谱变化。

在中国团队首次发现它之后，世界上最大的光学望远镜，夏威夷的10米凯克望远镜和西班牙的10.4米GTC望远镜，跟进并确认了它。

值得一提的是，此前，美国激光干涉引力波天文台(LIGO)也“听到”了两个遥远的恒星级黑洞，并将其合成为一个近80倍太阳质量的新黑洞。这一次，科学家们“看到”我们的星系中存在这样大小的黑洞。

现在，理论物理学家将不得不对现有的黑洞演化解释进行一场革命。

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据光明日报报道:黑洞本身就是一个引力非常强的天体。要追溯黑洞的历史，就要追溯到人们对引力的认识。

重力的发现可以追溯到17世纪。当牛顿坐在一棵苹果树下，看到苹果落下时，他受到了启发。他不仅意识到了这一现象，还写下了公式，即关于引力的万有引力公式。在此基础上，牛顿得到了著名的逃逸速度公式。

之后更多的科学家根据牛顿的理论做了进一步的应用和推广。18世纪的法国，数学家拉普拉斯想象宇宙中可能存在一个天体，它的密度非常大，以至于它自身发出的光无法从周围逃逸。现在看来，这个天体是黑洞最简单的想法。

19世纪，更多科学家的观察对牛顿的理论提出了挑战。到20世纪初，物理学家爱因斯坦首先提出狭义相对论，十年后又提出广义相对论，对引力提出了颠覆性的认识。比如他认为引力场不是由质量引起的，而是空被质量或有质量的物体弯曲时的效应。

1915年爱因斯坦提出广义相对论几个月后，德国物理学家史瓦西得到了爱因斯坦场方程的精确解，即“没有旋转黑洞的史瓦西解”。在史瓦西1916年得到这个解之后的几十年里，黑洞研究的进展其实非常缓慢。

20世纪30年代末，美国原子弹之父奥本海默和他的学生们得到了一个理论:恒星在死亡时坍缩，可能坍缩成一个致密奇点，并推导出这个质量的下限，大约是3.2个太阳质量。

到了20世纪60年代，黑洞的研究迎来了两个突破:1963年，新西兰数学家罗伊·克尔(Roy Kerr)通过数学求解，首次得到了旋转黑洞的爱因斯坦场方程的精确解。1964年，通过观测发现了第一个恒星黑洞。正是理论和观测的突破，迎来了黑洞研究的黄金时代。在接下来的二三十年里，一大批天文学家和物理学家投身于这一领域。现在人们所知道的所有关于黑洞的知识，基本上都是在这段时间里获得的。

在这期间，有一位非常著名的相对论物理学大师——普林斯顿大学教授约翰·惠勒。他不仅做了出色的学术研究，而且在科学传播方面也做了大量工作。“黑洞”这个名字通过他的推广而为大家所熟知。此外，虫洞这个术语也是他提出的。

在惠勒之后，霍金进一步发现了所谓的霍金辐射，改变了以往经典广义相对论对黑洞的认识。

到目前为止，科学家已经发现了很多黑洞，按质量可以分为三类:

一个是恒星大小的黑洞，这意味着它的质量可以是太阳质量的3倍到100倍。

第二种叫做超大质量黑洞。它的质量开始是太阳质量的几十万倍，或者几百万倍，直到太阳质量的几十亿甚至几百亿倍。这种介于两者之间的黑洞称为中等质量黑洞。而中等质量黑洞的直接观测证据很少，但理论研究证明它们应该存在，因此寻找中等质量黑洞也是当前研究的热点。

至于黑洞，可以说是宇宙中最神奇最简单的一种天体。对于黑洞来说，只需要三个物理量来描述，一个是质量，一个是自转，一个是电荷。

在宇宙中，几乎所有的气体都以等离子体状态存在，会有大量的自由电荷。如果一个黑洞带电，就很容易吸收周围的带电粒子，达到力量平衡。所以最后只剩下两个物理量，一个质量，一个转动。这时，天体物理学中的黑洞完全可以用所谓的克尔度规来描述。科学家的主要任务就是测量黑洞的这两个基本量。

在银河系中，根据理论，应该有上亿个恒星大小的黑洞。但遗憾的是，迄今为止，只有几十个黑洞被人类探测到，不到20个恒星大小的黑洞有非常精确的质量测量。近数亿个其他黑洞尚未被探测到。(作者:中国科学院国家天文台研究员苟利军)

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据cnBeta:外媒CNET报道，天文学家认为银河系中充满了大大小小的黑洞，估计银河系附近隐藏着多达1亿个看不见的“怪物”黑洞。天文学家通常认为这些黑洞的质量可能是太阳的20倍，但新发现的“怪物”黑洞大约是太阳的70倍，这让中国天文学家感到惊讶。

在11月27日发表在《自然》杂志上的一项新研究中，中国科学院的一个研究团队使用了位于中国兴隆天文台的“Lamost(大天区多目标光纤光谱天文望远镜)”来观察星系。黑洞不发光，天文学家在寻找黑洞时必须通过其他途径。通常，这涉及到寻找附近恒星上的黑洞或其周围旋转气体和尘埃的迹象。

如果黑洞周围没有明亮的气体和尘埃，找到它可能会很棘手。然而，研究小组使用Lamost检查了天空中恒星的运动空，寻找似乎围绕着不可见物体旋转的恒星。西班牙和美国的望远镜的后续观测帮助研究人员发现了一颗大约比太阳大八倍的恒星。

有趣的是，它正在围绕“黑暗伴侣”:名为LB-1的“怪物”黑洞运行。

中国国家天文台的天文学家、该研究的第一作者刘继峰在一份新闻稿中说:“根据目前大多数恒星演化模型，这种质量的黑洞甚至不应该存在于我们的星系中。L-1的质量是我们之前想象的两倍。现在，理论家将不得不面对解释其形成的挑战。”

由于LB-1太大，它的队形很混乱。人们认为刘继峰这样大小的黑洞是不寻常的，因为恒星开始死亡时通常会失去大量气体。当它们坍缩时，它们的质量会变小。那么，类似LB-1的黑洞可能是由一个黑洞和一个黑洞合并而成，甚至是两个黑洞相互环绕而成。目前，研究人员还不能确定。

然而，引力波探测器LIGO和处女座的最新工作表明，合并的黑洞可以形成这些庞然大物，但这是天文学家首次在银河系中观测到如此大小的黑洞。

相关报道:超巨星黑洞“LB-1”比太阳重70倍。天文学家:它不可能存在于银河系

据ETtoday报道(实习记者谢):28日发表在《自然》杂志上的研究成果显示，在银河系中发现了一个超巨星黑洞“LB-1”，其质量约为太阳的70倍，距离地球约1.5万光年。然而，“LB-1”的超大质量已经超出了目前研究的预期范围，挑战了现有恒星演化模型的大小。中国大陆天文学家刘继峰也说，“银河系中不应该存在这种大小的黑洞。」

据《科学新闻》的报道，“LB-1”是用中国的郭守敬望远镜观测到的，随后由西班牙的Gran Telescopio Canarias和美国夏威夷的Keck I进行了鉴定，证实了“LB-1”的质量是已知可能黑洞的两倍。

目前已知的黑洞有两种，一种是超大质量黑洞，比太阳大400万倍，在银河系之外，出现的原因不明；另一种是超大质量恒星爆炸形成的，这是银河系中会出现的黑洞类型，大约是太阳的25倍。

“LB-1”的出现不仅是一个记录，也是一个难题，因为它的质量是太阳的70倍左右，不属于目前正在研究的任何一种黑洞。天体物理学家迈克尔·泽文(Michael Zevin)表示，“我从未想过银河系中会有这么大的黑洞。如果观测结果是正确的，那将是一件非常令人头疼的事情。」

中国天文学家刘继峰也表示，“LB-1”已经超过了我们现在推测的恒星演化模型的大小。“银河系中不应该存在这种大小的黑洞。」