中国研发郭守敬望远镜登上Nature，有望开创黑洞发现新纪元

来源：新智元

原标题：中国科学家发现最大恒星级黑洞！中国研发郭守敬望远镜登上Nature，有望开创黑洞发现新纪元

北京时间2019年11月28日凌晨，国际科学期刊《自然》发布了中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队的一项重大发现。 

依托我国自主研制的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜（LAMOST），研究团队发现了一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞，并提供了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法。这颗70倍太阳质量的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，有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。

黑洞是一种本身不发光、密度非常大的神秘天体。它具有超强吸引力，任何物质，包括速度最快的光也无法从它身边逃离。根据质量的不同，黑洞一般分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。

这其中，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”。理论预言银河系中有上亿颗恒星级黑洞，但迄今为止，天文学家仅在银河系发现了约20颗恒星级黑洞——而且都是通过黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来识别的，质量均小于20个太阳质量的黑洞。

刘继峰表示：“根据目前大多数恒星演化模型，在我们的星系中甚至不应该存在如此大质量的黑洞。我们过去认为，质量非常巨大、化学成分和太阳系类似的恒星，在其寿命走向末期的过程中，会以通过强力星系风释放大部分气体，因此不应该留下这么庞大的残余。LB-1是我们想像的两倍大。” 现在，天文学家们将面对观测现实对既有理论和解释的重大挑战。”

70倍太阳质量黑洞被发现，颠覆现有理论和解释

如何找到新的方法，发现数量巨大、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。 

自2016年秋季开始，以国家天文台为首的研究团队利用LAMOST开展双星课题研究，历时两年半监测了一个小天区内3000多颗恒星。结果发现，在一个X射线辐射宁静的双星系统（LB-1）中，一颗质量是太阳八倍的蓝色恒星，围绕“一个看不见”的天体做着周期性运动。不同寻常的光谱特征表明，那个“看不见的天体”极有可能是一颗黑洞。

研究人员随即进行了“确认”：他们通过西班牙10.4米加纳利大望远镜和美国10米凯克望远镜，进一步确认了LB-1的光谱性质，计算出该黑洞的质量是太阳的70倍。

值得一提的是，在两年半的监测时间里，LAMOST共为这项研究做了26次观测，累积曝光时间约40个小时。刘继峰表示，如果利用一架普通四米望远镜来寻找这样一颗黑洞，同样的几率下，则需要40年的时间——这充分体现出郭守敬望远镜超高的观测效率。

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。这颗新发现黑洞的质量已经进入了现有恒星演化理论的“禁区”。美国激光干涉引力波天文台（LIGO）台长大卫·雷茨表示，“在银河系内发现70倍太阳质量的黑洞，将迫使天文学家改写恒星级黑洞的形成模型。

这一非凡的成果，将与过去四年里美国激光干涉引力波天文台（LIGO）及欧洲室女座引力波天文台（Virgo）探测到的双黑洞并合事件一起，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，天文学家有望再发现一大批深藏不露的“平静态”黑洞,开创黑洞批量发现的新纪元。

大功臣：光谱获取率最高的望远镜郭守敬望远镜

本次重大发现依托的是我国自主研制的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜（LAMOST）。

郭守敬望远镜

郭守敬望远镜（LAMOST）又称大天区面积多目标光前光谱天文望远镜，建在国家天文台河北兴隆观测基地。它是一架横卧南北方向的特殊的中星仪式反射施密特望远镜。它突破了天文望远镜大视场与大口径难以兼得的难题，其有效通光口径为4米，视场角直径为5度。LAMOST创新采用了分区并行可控的光纤定位技术，在1.75米的焦面上放置4000根光纤，一次能观测近4000个天体，配有16台光谱仪和32台CCD相机，使其成为目前世界上光谱获取率最高的望远镜。

1997年LAMOST项目得到批复，成为我国首个天文大科学工程。今年3月，中国科学院国家天文台日前向全球发布郭守敬望远镜7年巡天光谱数据，包含1125万条光谱，其中高质量光谱数达到了937万条，约是国际上其他巡天项目发布光谱数之和的2倍，成为世界上第一个获取光谱数突破千万量级的光谱巡天项目，被天文学家誉为全世界光谱获取率最高的“光谱之王”。同时，此次公布的数据中还包括一个636万组恒星光谱参数星表，是目前全世界最大的恒星参数星表。

据了解，目前中国、美国、德国、比利时、丹麦等国家和地区的124所科研机构和大学的769位用户正在利用这些数据开展研究工作，并在银河系结构与演化、恒星物理研究、特殊天体搜寻等重要前沿领域已经取得了一系列有影响力的研究成果。

7个国家、55位作者，论文一作为中国科学院国家天文台刘继峰

这项工作是基于LAMOST（中国兴隆）、加纳利大望远镜（西班牙加纳利群岛）、凯克望远镜（美国夏威夷）和钱德拉X射线天文台（美国）的观测数据完成的。

本研究共包括55位作者，来自中国、美国、西班牙、澳大利亚、意大利、波兰和荷兰7个国家28家单位。论文一作为中国科学院国家天文台刘继峰。

刘继峰，中国科学院国家天文台副台长。1973年2月出生，汉族，中共党员，研究员，博士生导师。中国科学院国家天文台银河系三维结构研究团组首席科学家，中国科学院大学天文与空间科学学院副院长。　　　　

1996年及1999年本科和研究生毕业于北京大学，2005年博士毕业于美国密歇根大学天文系，其后至美国哈佛大学工作，历任爱因斯坦学者、哈佛大学史密松天文台PI研究员。2010年从哈佛大学到国家天文台工作并入选科学院“百人计划”，2011年起在中国科学院大学任岗位教授，2014年获“国家杰出青年基金”，2015年入选科技部“中青年科技创新领军人才”，2016年获评“全国优秀科技工作者”，同年获得“Delta Lectureship Award”，2017年入选“百千万人才工程”，同年入选第三批“万人计划领军人才”，2019年入选首届腾讯“科学探索奖”。 

刘继峰研究员研究兴趣为致密天体和恒星的多波段观测研究。目前已在国际期刊发表学术论文七十余篇，其科研成果入选“2013年度22个中国科学家代表成果”，并入选“2015年中国十大科技进展”。2013年11月和2015年12月均以第一作者在国际顶级学术杂志《自然》发表科研成果，最近利用LAMOST监测发现银河系最大恒星级黑洞的工作也已经被《自然》接受。2013年的工作被《自然》列为新闻头条，并称之为“摘取了这个领域的圣杯”。2015年12月的工作被《自然》杂志称为“本领域2015年度五个重大发现之一”。其科研成果为美国、英国、德国、法国、西班牙、意大利等外媒广为关注和报导，也为中央电视台、人民日报、新华社、光明日报、科技日报等主流媒体广泛报导。

论文地址：

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

参考链接：

https://wap.peopleapp.com/article/4857109/4746594