我國科學家發現迄今距地球最遙遠的黑洞雙星

本報訊(記者 劉歡)11月28日，《自然》雜誌發表了中國科學院國家天文台劉繼峰研究員領導的國際團隊對漩渦星系中X射線極亮源M101 ULX-1的研究成果，我國科學家發現迄今距離地球最遙遠的黑洞雙星。這是國際上對X射線極亮源動力學質量的首次、也是唯一一例成功的測量。該雜誌審稿人認為此項成果“奪取了這個領域的聖杯”。

自上世紀90年代，特別是兩顆造價分別為16億美元和7億歐元的錢德拉X射線空間望遠鏡和XMM-牛頓X射線天文衛星投入使用，天文學家陸續在遙遠星系中發現了一批X射線光度極高的天體，它們可能是人們一直尋找的中等質量黑洞，也可能是具有特殊輻射機制的幾個或幾十個太陽質量的恆星級黑洞。國際天文和天體物理界對這類X射線極亮源的本質一直難以定論，紛紜。

此項研究的關鍵與難點為通過動力學方法測定中心黑洞的質量。如果可以成功確定，不僅可以解決關於這類天體本質的爭論，還可以增進人們對黑洞形成、黑洞輻射機制的理解與認知。對X射線極亮源行動力學測量的原理為通過觀測伴星光譜的移動來推斷出中心黑洞的質量。但由於這類天體距離我們十分遙遠，通常為幾千萬光年，同時X射線照射黑洞吸積盤而生的光污染也非常強，測量極其困難。歐美學者多次利用世界最先進的8至10米級光學/紅外望遠鏡進行長時間觀測，但均未成功。由於其科學重要性和影響深遠性，中心黑洞質量的精確測量被國際同行譽為X射線極亮源研究領域的“聖杯”。

中國科學院國家天文台劉繼峰研究員領導國際團隊通過精心設計研究方案，巧妙選取有特色的天體目標，成功申請到位於美國夏威夷的8米大型雙子望遠鏡以及10米凱克望遠鏡各20小時的觀測時間，在三個月的時間跨度上，對漩渦星系中X射線極亮源M101 ULX-1進行了研究，並確認其中心天體為一個質量與恆星可比擬的黑洞。

“我們選擇了一個合適的X射線極亮源進行觀測研究，這是我們成功的關鍵。”劉繼峰，這個黑洞加伴星形成的黑洞雙星系統位於2200萬光年之外，是人類迄今發現的距離地球最遙遠的黑洞雙星。

通過觀測伴星光譜的移動，經過模型計算，劉繼峰等最終推斷出了中心黑洞的質量，這是國際上對X射線極亮源動力學質量的首次、也是唯一一例成功的測量。

同時，通過對X射線譜的特性進行分析，劉繼峰團隊發現，他們最新觀測到的現象難以被以往黑洞吸積的“經典”研究結果所解釋，其研究結果突破了現有理論框架的範疇，成功摘得該領域的“聖杯”。

圖為X射線極亮源M101 ULX-1位於漩渦星系M101的一個懸臂上，M101距離地球2200萬光年。 新華社發

名詞解釋

雙星系統

雙星系統是指由兩顆恆星組成，相對於其他恆星來，位置看起來非常靠近的天體系統。雙星系統是天體物理學中一個重要研究課題，對於研究不同天體間的關係具有重要意義。恆星級黑洞只能在雙星系統中發現。在雙星系統中的黑洞會吸積其伴星的物質，在吞噬這些物質的過程中發出大量X射線。如果一個雙星系統中的一顆不可見子星是X射線源，且其光度變化無規律，質量大於中子星質量上限，那麼它很可能就是黑洞。

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