北大劉富坤教授重大天文發現獲《自然》肯定

　　南方網訊 據北大新聞網消息，2014年7月《自然》（Nature）雜誌在其物理專刊《自然 物理》（Nature Physics）的「新聞與觀察（news &views）」專欄，發表了特邀評論員、美國加州大學聖克魯茲分校(UCSC)馬丁 加斯克爾（Martin Gaskell）教授題為「超大黑洞們：最終在一起了（Supermassive Black Holes: Together at last）」的文章，全面評述和肯定了劉富坤教授等今年4月在美國《天體物理學報》(ApJ)上公布的重大天文發現：星系中存在超大雙黑洞。

 

　　黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言的、引力場強到光都無法從其逃逸的天體，而超大雙黑洞則是廣義相對論與星系宇宙學相結合的產物。黑洞與雙黑洞的一個本質區別是：後者同時還是引力波輻射源，因而是目前國際上正在建造以及計劃建造的引力波探測器的探測對象。人們很久以前就認識到，包括銀河系在內的大星系中心都存在質量在幾萬倍到幾十億倍太陽大小的超大黑洞。由於星系的成長是通過星系之間的頻繁併合實現的，於是一個直接推論是，合併後的星系中心必然形成雙黑洞。現在的關鍵問題是，沒有證據表明星系中心不是人們認為的單黑洞而是理論推測的雙黑洞，因而也就沒有證據表明星系中心會發出引力波。要找到星系中心的黑洞是成對存在的證據極端困難，因為黑洞本身不發光，人們無法對其進行直接觀測。北京大學劉富坤教授領導其研究團組對這一世界性、極端挑戰的重大難題開展了系列先驅性的研究，並取得系列成果，而最近發表的、引起全球天文界持續強烈反響的雙黑洞發現工作是其中傑出代表。

　　星系中心部分恆星時不時會因為運動得過於靠近黑洞而被撕裂併吞食。黑洞在吞食這些恆星時會在星系中形成X射線耀斑。2009年，劉富坤教授領導研究團組在美國《天體物理學報通信》(ApJL)上連續發表文章指出，與單黑洞相比，雙黑洞撕裂和吞食恆星形成的X射線耀斑具有兩個根本性不同特徵：（1）雙黑洞形成的X射線耀斑更多、更頻繁，（2）雙黑洞形成的X射線耀斑會因為伴黑洞的引力幹擾而出現閃爍現象。這一系列理論上的突破為這次通過X射線衛星成功發現雙黑洞奠定了基礎。

　　2010年，歐洲空間局（ESA）的X-射線衛星發現大熊座名叫SDSS J120136.02+300305.5的星系中黑洞撕裂併吞食恆星產生的X射線耀斑。隨後持續一年多的跟蹤觀測發現，該X射線耀斑初始時的變化特性與以前發現的其它類似X射線耀斑沒有區別。但在耀斑爆發後大約5周，發生了一件異乎尋常的事：耀斑突然消失了。同樣令人吃驚的是，大約100天後它又突然出現並完全遵循初始時的變化規律，仿佛什麼也不曾發生過。然後，再過了大約100天左右，它又再次消失了。劉富坤教授等的嚴格論證表明，這一讓全球天文學家們困惑不已的奇特天文現象不是別的、正是他們早在2009年就預言的、雙黑洞「印」在黑洞撕裂和吞食恆星所產生X射線耀斑上的「指紋圖譜」。通過大量的計算機數值模擬，他們提取出了雙黑洞的公轉軌道周期（大約150天）、間距（大約是地球到冥王星），計算出了雙黑洞向宇宙空間發射的引力波強度，並預言大約兩百萬年後雙黑洞將合併成一個更大的黑洞。

　　劉富坤教授等的發現，改變了人們對星系中黑洞的認識，證明了星系的中心黑洞會成對出現，同時也建立了探測研究星系中雙黑洞的有效方法，開啟了一個天文學研究全新領域，並極大地推動了引力波天體物理學的發展。2004年4月，劉富坤教授等的發現在美國《天體物理學報》(ApJ)發表後，立即引起全球天文學界的強烈反響，並持續至今。4月22日歐洲空間局首先播發雙黑洞被發現的新聞，隨後美國宇航局（NASA）、德國馬普協會射電天文研究所（MPIfR）、義大利國立天體物理研究所（INAF）以及這次《自然》雜誌物理專刊《自然物理》等世界最著名天文研究機構、或學術雜誌紛紛播發了自己獨立新聞或評論報導，高度評價和全面肯定了這次發現及其重大天文學意義，認為其「屬於改變人類宇宙觀的發現」。至今，全球已有超過40種語言或文字的天文研究所和新聞機構播發或轉發了相關新聞報導。