中國科學(xué)院國家天文臺(tái)劉繼峰、張昊彤研究團(tuán)隊(duì)依托我國自主研制的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST），發(fā)現(xiàn)了一顆迄今為止質(zhì)量最大的恒星級(jí)黑洞，并提供了一種利用LAMOST巡天優(yōu)勢(shì)尋找黑洞的新方法。這顆70倍太陽質(zhì)量的黑洞遠(yuǎn)超理論預(yù)言的質(zhì)量上限，顛覆了人們對(duì)恒星級(jí)黑洞形成的認(rèn)知，有望推動(dòng)恒星演化和黑洞形成理論的革新。

理論預(yù)言銀河系中有上億顆恒星級(jí)黑洞，但迄今為止，天文學(xué)家僅在銀河系發(fā)現(xiàn)了約20顆恒星級(jí)黑洞——而且都是通過黑洞吸積伴星氣體所發(fā)出的X射線來識(shí)別的、質(zhì)量均小于20倍太陽質(zhì)量的黑洞。

2016年秋季開始，國家天文臺(tái)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用LAMOST開展雙星課題研究，歷時(shí)兩年監(jiān)測(cè)了一個(gè)小天區(qū)內(nèi)3000多顆恒星。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)X射線輻射寧靜的雙星系統(tǒng)（LB-1）中，一顆8倍太陽質(zhì)量的藍(lán)色恒星，圍繞一個(gè)“看不見的天體”做著周期性運(yùn)動(dòng)。不同尋常的光譜特征表明，那個(gè)“看不見的天體”極有可能是一顆黑洞。研究人員隨即進(jìn)行了“確認(rèn)”：他們通過西班牙10.4米口徑加納利大望遠(yuǎn)鏡和美國10米口徑凱克望遠(yuǎn)鏡，進(jìn)一步確認(rèn)了LB-1的光譜性質(zhì)，計(jì)算出該黑洞的質(zhì)量大約是太陽的70倍。

目前，恒星演化理論預(yù)言在太陽金屬豐度下只能形成最大為25倍太陽質(zhì)量的黑洞。這顆新發(fā)現(xiàn)黑洞的質(zhì)量已經(jīng)進(jìn)入了現(xiàn)有恒星演化理論的“禁區(qū)”。LIGO臺(tái)長大衛(wèi)·雷茨評(píng)論，“在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)70倍太陽質(zhì)量的黑洞，將迫使天文學(xué)家改寫恒星級(jí)黑洞的形成模型。這一非凡的成果，將與過去四年里美國激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）及歐洲室女座引力波天文臺(tái)（Virgo）探測(cè)到的雙黑洞并合事件一起，推動(dòng)黑洞天體物理研究的復(fù)興”。接下來，利用LAMOST極高的觀測(cè)效率，天文學(xué)家有望發(fā)現(xiàn)一大批“深藏不露”的黑洞，開創(chuàng)批量發(fā)現(xiàn)黑洞的新紀(jì)元。

值得一提的是，在兩年之久的監(jiān)測(cè)時(shí)間里，LAMOST共為這項(xiàng)研究做了26次觀測(cè)，累積曝光時(shí)間約40個(gè)小時(shí)。劉繼峰表示，如果利用一架普通四米口徑望遠(yuǎn)鏡來尋找這樣一顆黑洞，同樣的幾率下，則需要40年的時(shí)間——這充分體現(xiàn)出LAMOST超高的觀測(cè)效率。此項(xiàng)成果刊發(fā)在11月28日出版的國際科學(xué)期刊《自然》上。