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LB-1艺术想象图。

恒星黑洞是由大质量恒星死亡形成的。 根据理论计算，浩瀚星海中“潜伏”着数以亿计的恒星黑洞，但要找到它们并不容易。

中国天文学家利用郭守敬望远镜，通过长期、大规模的监测，发现了迄今为止质量最大的恒星黑洞，质量约为太阳的70倍。 这一发现有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新，也开辟了利用郭守敬望远镜巡天优势寻找黑洞的新路径。

近日，国际期刊《自然》在线发布了一项由中国天文学家领衔的重大成果：中国科学院国家天文台刘继峰、张昊桐研究员带领的研究团队利用郭守望望远镜（LAMOST）级黑洞。 这是继今年4月黑洞首次露出“真面目”后的又一重大发现。

这个质量是太阳质量70倍的超大恒星黑洞，远超理论预测的质量上限，颠覆了人们对恒星黑洞形成的认识。 创新。

亿万个黑洞“深藏不露”，发现难

1915年，爱因斯坦提出广义相对论，德国物理学家史瓦西推导出爱因斯坦场方程的精确解，预言黑洞的存在。 从此，人类就从未停止过对它的想象和探索。

神秘的黑洞是如何形成的？ 就像宇宙中的一切一样，恒星也会衰老和死亡。 当一些大质量恒星的核聚变反应燃料耗尽时，核心就会急剧坍塌。 当它的质量大于太阳质量的3倍左右时，就会坍缩成奇点，成为黑洞。 由于它的密度和引力，即使是光也无法从中逃逸。

根据质量，天文学家将黑洞大致分为三类：恒星级黑洞（小于100倍太阳质量）、中等质量黑洞（100-100,000倍太阳质量）和超大质量黑洞（100,000 倍太阳质量）以上）。

刘继峰说：“恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的，在宇宙中广泛存在。根据理论推算，银河系中应该有数亿个恒星级黑洞。”

然而，要在浩瀚的宇宙中找到它们并不容易。 由于黑洞本身不发射和反射电磁波，无论是仪器还是肉眼都无法直接观测到。

该怎么办？ 天文学家试图寻找各种间接证据，经过探索和研究，他们发现了一个现象：黑洞会“吃东西”。 当它接近恒星形成双星系统时，会以强烈的“胃口”直接吸入对方的气体物质，形成吸积盘，并发出明亮的X射线。 通过探测这些X射线，可以判断和选择黑洞候选者，通过进一步监测伴星的运动，可以测量黑洞的质量，最终确认黑洞的存在。

刘继峰说，在过去的50年里，天文学家通过这种方法发现了大约20个黑洞，它们的质量都在太阳质量的3到20倍之间。

不过，根据理论预测，银河系中应该有数亿个恒星级黑洞，而在黑洞双星系统中，只有一小部分能够发射X射线。 那么，如何找到“沉默”的大多数呢？ 因此，寻找一种无需X射线辐射即可发现大量黑洞的新方法，成为近年来天文学界研究的热点和难点。

超大质量黑洞超过模型理论上限

2016年秋，国家天文台牵头科研团队利用郭守敬望远镜开展双星计划研究，对开普勒天区（K2-0）3000多颗恒星进行了为期两年的监测.

在监测过程中，一颗“行走”的B型恒星引起了研究人员的注意：这颗质量是太阳8倍的蓝色恒星一直围绕着一颗“看不见的天体”做着周期性运动。

团队成员、中国科学院大学研究生郑传杰说：“它的光谱携带着非常丰富的信息，除了获取它的有效温度、地表重力、金属丰度等重要信息外，光谱中还有一个近乎静止和移动的方向。发射线与 B 型星异相，这是非常不寻常的。

通过各种迹象，研究人员推测被B型恒星包围的“隐形天体”极有可能是黑洞。

“根据多台望远镜的多次观测，我们进一步证实了B型星的性质。根据光谱信息计算，B型星的金属丰度约为太阳丰度的1.2倍，质量为大约是太阳质量的8倍光纤光谱仪报价，年龄距离我们大约3500万年，14000光年。” 郑传杰说：“那么，根据B型星的速度振幅与其光谱中‘特殊’发射线的比值，推算出存在一颗质量约为70倍的不可见天体太阳的质量。这么大的质量只能是黑洞。

据刘继峰回忆，当初拿到结果的时候，大家都不敢相信。 因为目前的恒星演化模型只允许在太阳金属丰度下形成最大质量为太阳质量25倍的黑洞，所以这个新发现的黑洞质量已经超出了理论范围。

《自然》杂志的审稿人对此也很谨慎，提出了很多问题。 研究团队反复计算证实，“最终结果不变，这可能意味着恒星演化形成黑洞的理论将被改写，或者之前忽略了某种黑洞形成机制。” 刘继峰说道。

而且，与其他已知的恒星质量黑洞不同，这个黑洞以前从未在任何 X 射线中被发现，它对伴星的吸积作用非常微弱，属于以前所谓的“沉默的大多数”。 刘继峰说：“这一重大发现也开辟了利用郭守敬巡天优势寻找黑洞的新方法。”

巡天监测，未来将绘制黑洞群像

值得一提的是，在两年半的监测过程中，郭守敬望远镜为此次研究进行了26次观测，累计曝光时间约40小时。 “如果用普通的4米口径望远镜找到这样一个黑洞，同样的概率下需要40年。” 刘继峰比喻道。

为了纪念郭守敬望远镜为发现这颗恒星黑洞所做出的贡献，天文学家将这个含有黑洞的双星系统命名为LB-1。

LB-1的发现充分证实了郭守敬望远镜强大的光谱获取能力。 郭守敬望远镜有4000根光纤，就像4000只眼睛，一次可以观测近4000个天体。 2019年3月，郭守敬望远镜公开发布光谱1125万张，成为全球首个光谱巡天项目突破1000万张。

郭守敬望远镜的科学发现，让天文学家重新审视银河系：

利用郭守敬望远镜的数据发现，人类的家园银河系比之前认识的要大一倍光纤光谱仪报价，而银河系的重量经过精确称量约为质量的9000亿倍太阳的; 银河系光环的外观被改写，天文学家发现银河系是一个内外圆都是扁平的“胖子”； 此外，已发现10000多颗贫金属恒星，拥有世界上最大的适于现有大型望远镜跟踪观测的宇宙化石样本； 获得了数百万颗恒星的年龄，为研究银河系的演化提供了基础数据……

这个恒星黑洞是郭守敬望远镜发现的第一个黑洞。 它的出现将标志着利用郭守敬望远镜巡天寻找黑洞的新时代的到来。

据刘继峰介绍，接下来，研究团队计划启动一个名为“黑洞猎手”的项目，利用郭守敬望远镜的优势，批量发现黑洞，测量黑洞质量。 “预计未来五年将发现和测量近百个黑洞，描绘出一幅黑洞的群像。”刘继峰说。

在寻找黑洞的同时，郭守敬望远镜还将继续寻找地外文明。 通过探测系外行星宿主恒星及其性质，将加快寻找系外行星和探索地外生命的步伐。