【新智元導讀】依託我國自主研製的國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡（LAMOST），中國科學院國家天文臺研究團隊發現了一顆迄今為止質量最大的恆星級黑洞，並提供了一種利用LAMOST巡天優勢尋找黑洞的新方法。這一成果在國際權威學術期刊Nature發表。來 新智元AI朋友圈 和行業大咖討論吧。
北京時間2019年11月28日凌晨，國際科學期刊《自然》發布了中國科學院國家天文臺劉繼峰、張昊彤研究團隊的一項重大發現。
依託我國自主研製的國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡（LAMOST），研究團隊發現了一顆迄今為止質量最大的恆星級黑洞，並提供了一種利用LAMOST巡天優勢尋找黑洞的新方法。這顆70倍太陽質量的黑洞遠超理論預言的質量上限，顛覆了人們對恆星級黑洞形成的認知，有望推動恆星演化和黑洞形成理論的革新。
黑洞是一種本身不發光、密度非常大的神秘天體。它具有超強吸引力，任何物質，包括速度最快的光也無法從它身邊逃離。根據質量的不同，黑洞一般分為恆星級黑洞、中等質量黑洞和超大質量黑洞。
這其中，恆星級黑洞是由大質量恆星死亡形成的，是宇宙中廣泛存在的「居民」。理論預言銀河系中有上億顆恆星級黑洞，但迄今為止，天文學家僅在銀河系發現了約20顆恆星級黑洞——而且都是通過黑洞吸積伴星氣體所發出的X射線來識別的，質量均小於20個太陽質量的黑洞。
劉繼峰表示：「根據目前大多數恆星演化模型，在我們的星系中甚至不應該存在如此大質量的黑洞。我們過去認為，質量非常巨大、化學成分和太陽系類似的恆星，在其壽命走向末期的過程中，會以通過強力星系風釋放大部分氣體，因此不應該留下這麼龐大的殘餘。LB-1是我們想像的兩倍大。」 現在，天文學家們將面對觀測現實對既有理論和解釋的重大挑戰。」
70倍太陽質量黑洞被發現，顛覆現有理論和解釋
如何找到新的方法，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。
自2016年秋季開始，以國家天文臺為首的研究團隊利用LAMOST開展雙星課題研究，歷時兩年半監測了一個小天區內3000多顆恆星。結果發現，在一個X射線輻射寧靜的雙星系統（LB-1）中，一顆質量是太陽八倍的藍色恆星，圍繞「一個看不見」的天體做著周期性運動。不同尋常的光譜特徵表明，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米加納利大望遠鏡和美國10米凱克望遠鏡，進一步確認了LB-1的光譜性質，計算出該黑洞的質量是太陽的70倍。
值得一提的是，在兩年半的監測時間裡，LAMOST共為這項研究做了26次觀測，累積曝光時間約40個小時。劉繼峰表示，如果利用一架普通四米望遠鏡來尋找這樣一顆黑洞，同樣的機率下，則需要40年的時間——這充分體現出郭守敬望遠鏡超高的觀測效率。
目前恆星演化模型只允許在太陽金屬豐度下形成最大為25倍太陽質量的黑洞。這顆新發現黑洞的質量已經進入了現有恆星演化理論的「禁區」。美國雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）臺長大衛·雷茨表示，「在銀河系內發現70倍太陽質量的黑洞，將迫使天文學家改寫恆星級黑洞的形成模型。
這一非凡的成果，將與過去四年裡美國雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）及歐洲室女座引力波天文臺（Virgo）探測到的雙黑洞併合事件一起，推動黑洞天體物理研究的復興」。接下來利用LAMOST極高的觀測效率，天文學家有望再發現一大批深藏不露的「平靜態」黑洞,開創黑洞批量發現的新紀元。
大功臣：光譜獲取率最高的望遠鏡郭守敬望遠鏡
本次重大發現依託的是我國自主研製的國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡（LAMOST）。
郭守敬望遠鏡（LAMOST）又稱大天區面積多目標光前光譜天文望遠鏡，建在國家天文臺河北興隆觀測基地。它是一架橫臥南北方向的特殊的中星儀式反射施密特望遠鏡。它突破了天文望遠鏡大視場與大口徑難以兼得的難題，其有效通光口徑為4米，視場角直徑為5度。LAMOST創新採用了分區並行可控的光纖定位技術，在1.75米的焦面上放置4000根光纖，一次能觀測近4000個天體，配有16臺光譜儀和32臺CCD相機，使其成為目前世界上光譜獲取率最高的望遠鏡。
1997年LAMOST項目得到批覆，成為我國首個天文大科學工程。今年3月，中國科學院國家天文臺日前向全球發布郭守敬望遠鏡7年巡天光譜數據，包含1125萬條光譜，其中高質量光譜數達到了937萬條，約是國際上其他巡天項目發布光譜數之和的2倍，成為世界上第一個獲取光譜數突破千萬量級的光譜巡天項目，被天文學家譽為全世界光譜獲取率最高的「光譜之王」。同時，此次公布的數據中還包括一個636萬組恆星光譜參數星表，是目前全世界最大的恆星參數星表。
據了解，目前中國、美國、德國、比利時、丹麥等國家和地區的124所科研機構和大學的769位用戶正在利用這些數據開展研究工作，並在銀河繫結構與演化、恆星物理研究、特殊天體搜尋等重要前沿領域已經取得了一系列有影響力的研究成果。
7個國家、55位作者，論文一作為中國科學院國家天文臺劉繼峰
這項工作是基於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、義大利、波蘭和荷蘭7個國家28家單位。論文一作為中國科學院國家天文臺劉繼峰。
劉繼峰，中國科學院國家天文臺副臺長。1973年2月出生，漢族，中共黨員，研究員，博士生導師。中國科學院國家天文臺銀河系三維結構研究團組首席科學家，中國科學院大學天文與空間科學學院副院長。
1996年及1999年本科和研究生畢業於北京大學，2005年博士畢業於美國密西根大學天文系，其後至美國哈佛大學工作，歷任愛因斯坦學者、哈佛大學史密松天文臺PI研究員。2010年從哈佛大學到國家天文臺工作併入選科學院「百人計劃」，2011年起在中國科學院大學任崗位教授，2014年獲「國家傑出青年基金」，2015年入選科技部「中青年科技創新領軍人才」，2016年獲評「全國優秀科技工作者」，同年獲得「Delta Lectureship Award」，2017年入選「百千萬人才工程」，同年入選第三批「萬人計劃領軍人才」，2019年入選首屆騰訊「科學探索獎」。
劉繼峰研究員研究興趣為緻密天體和恆星的多波段觀測研究。目前已在國際期刊發表學術論文七十餘篇，其科研成果入選「2013年度22個中國科學家代表成果」，併入選「2015年中國十大科技進展」。2013年11月和2015年12月均以第一作者在國際頂級學術雜誌《自然》發表科研成果，最近利用LAMOST監測發現銀河系最大恆星級黑洞的工作也已經被《自然》接受。2013年的工作被《自然》列為新聞頭條，並稱之為「摘取了這個領域的聖杯」。2015年12月的工作被《自然》雜誌稱為「本領域2015年度五個重大發現之一」。其科研成果為美國、英國、德國、法國、西班牙、義大利等外媒廣為關注和報導，也為中央電視臺、人民日報、新華社、光明日報、科技日報等主流媒體廣泛報導。
論文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1766-2
參考連結：
https://wap.peopleapp.com/article/4857109/4746594
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