前不久，中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“最大恒星級黑洞”的新聞，估計你還有印象吧?這個“黑洞”最近引起了一些學(xué)術(shù)爭議。

先來回顧一下這個大新聞。

2019年11月28日，《自然》期刊發(fā)布中國科學(xué)院國家天文臺劉繼峰、張昊彤研究團隊的一項“重大發(fā)現(xiàn)”。該研究團隊依托郭守敬望遠鏡(LAMOST)，發(fā)現(xiàn)一顆大約70倍太陽質(zhì)量的黑洞。如果真的如此，它將是迄今發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量最大的恒星級黑洞。

然而，研究結(jié)果發(fā)表后，陸續(xù)有國外天文學(xué)者發(fā)布論文，對“70倍太陽質(zhì)量黑洞”提出質(zhì)疑。

有的論文指出，這顆黑洞并沒有70倍太陽質(zhì)量這么大;有的論文指出，它有可能不是一個黑洞，而可能是一顆大質(zhì)量中子星甚至普通恒星。

這，到底怎么回事?

面對學(xué)術(shù)爭議，1月18日，“最大恒星級黑洞”論文第一作者劉繼峰研究員接受科技日報記者采訪時進行了回應(yīng)。

“遠超理論預(yù)言質(zhì)量上限”的黑洞

這個引發(fā)爭議的“最大恒星級黑洞”，存在于一個叫做LB-1的雙星系統(tǒng)里。

中國科學(xué)家認為，在這個雙星系統(tǒng)里，有一顆8倍太陽質(zhì)量的藍色恒星，圍繞一個“看不見的天體”做周期性運動。不同尋常的光譜特征表明，那個“看不見的天體”極有可能是一顆黑洞。

研究人員隨后通過望遠鏡進一步確認了LB-1的光譜性質(zhì)，計算出該黑洞的質(zhì)量大約是太陽的70倍。

這個數(shù)字意味著什么呢?

這里有必要科普一下：理論預(yù)言銀河系中有上億顆恒星級黑洞，但迄今為止，天文學(xué)家僅在銀河系發(fā)現(xiàn)了約20顆恒星級黑洞，而且質(zhì)量均小于太陽質(zhì)量的20倍。

70倍太陽質(zhì)量黑洞，依據(jù)此前的新聞發(fā)布，“遠超理論預(yù)言的質(zhì)量上限，顛覆了人們對恒星級黑洞形成的認知，有望推動恒星演化和黑洞形成理論的革新”。

最低只有2到3倍太陽質(zhì)量?

正因如此，這項研究一經(jīng)發(fā)表，便立即引發(fā)國際天文學(xué)界的關(guān)注。隨后，陸續(xù)有多篇相關(guān)論文提出質(zhì)疑觀點。

其中包括德國埃爾朗根—紐倫堡大學(xué)和波茨坦大學(xué)的天文學(xué)家團隊。1月10日，該團隊在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》期刊發(fā)表論文稱，這個“70倍太陽質(zhì)量黑洞”可能根本不是黑洞，而有可能是大質(zhì)量中子星，甚至是普通恒星。

該團隊指出，那個看不見的星體的伴星，即B型星LS V + 22 25，是可以被看到的。這顆伴星的質(zhì)量越大，黑洞的質(zhì)量也就需要越大，這樣才能帶來伴星相應(yīng)的運動。

他們研究發(fā)現(xiàn)，這顆恒星表面存在由氫核聚變產(chǎn)生的灰燼，而這種過程只在年輕恒星的內(nèi)核發(fā)生，不應(yīng)在恒星表面被探測到。

該團隊認為，這顆伴星一定在過去與那個看不見的星體發(fā)生了一些作用。在此過程中，這顆伴星的外層被移除。因此現(xiàn)在看到的是被剝離外層的氦核，它富含氫燃燒產(chǎn)生的灰燼。

然而，被剝離的氦星比普通的恒星更輕。該團隊將這一結(jié)果和蓋亞太空望遠鏡最近的測量相結(jié)合，認為這顆恒星的質(zhì)量最有可能是太陽質(zhì)量的1.1倍(存在±0.5倍的不確定度)。

據(jù)此，該團隊又得出，另一個星體最低只有2到3倍太陽質(zhì)量——這與中國科學(xué)家團隊得出的數(shù)字相差甚遠。

一顆“正常”的恒星級黑洞?

另一位質(zhì)疑者，是來自美國加州大學(xué)伯克利分校的研究生，名叫賈里姆·埃爾·巴德里。

據(jù)加州大學(xué)伯克利分校官網(wǎng)介紹，巴德里專門研究不同尋常的雙星系統(tǒng)。2019年12月9日，巴德里的論文提交在arXiv預(yù)印本文獻庫中，并于2020年1月3日進行了修改。論文由巴德里和加州大學(xué)伯克利分校天文學(xué)系主任艾略特·夸塔特共同署名。

該論文提出，中國研究團隊發(fā)現(xiàn)的這個史無前例的恒星級黑洞的質(zhì)量，主要證據(jù)是測量Hα發(fā)射線的徑向速度變化，這種Hα發(fā)射線被認為來自黑洞周圍的吸積盤。

巴德里認為，那顆B型星的大氣也在吸收Hα發(fā)射線，這使得Hα發(fā)射線看起來像是發(fā)生了位移，但實際上并沒有。因此，并沒有證據(jù)表明Hα發(fā)射線的徑向速度變化。Hα發(fā)射線很可能源于雙星系統(tǒng)周圍物質(zhì)，而不是黑洞周圍的吸積盤。

“目前這顆看不見的伴星的特征依然是不確定的，但是它最有可能是一顆5到20倍太陽質(zhì)量的‘正常’恒星級黑洞。” 巴德里在論文里提出。

復(fù)核結(jié)果基本支持最初結(jié)論

相關(guān)質(zhì)疑不止上述兩個。面對來自國際天文學(xué)界的質(zhì)疑，中國研究團隊如何回應(yīng)?

“我們現(xiàn)在已經(jīng)有初步結(jié)果，證實我們的研究結(jié)果。”劉繼峰研究員接受科技日報記者采訪時說。顯然，他已經(jīng)注意到了這些科學(xué)爭議。

對于德國研究團隊所說的“70倍太陽質(zhì)量黑洞”可能不是黑洞，而是一個中子星，甚至普通恒星，劉繼峰表示：“這是第一步就可以被排除的模型。”

劉繼峰解釋說，這種模型是雙星演化中非常短暫的特殊階段，因此存在的可能性非常低。此外，這種模型也依賴于該天體離我們的距離，而根據(jù)蓋亞太空望遠鏡的最新測量，不支持該模型要求的那么近的距離。

對于加州大學(xué)伯克利分校研究人員的質(zhì)疑，劉繼峰認為，Hα發(fā)射線成分復(fù)雜，僅減去B型星吸收而忽略星風(fēng)發(fā)射是不行的，需要用其他方法來獨立驗證。

“我們使用兩個多月來觀測到的更加豐富的數(shù)據(jù)，進行了更加細致的分析和復(fù)核。分析結(jié)果支持原來的結(jié)論。”劉繼峰告訴科技日報記者，目前分析認為，那顆黑洞的大小應(yīng)該是70個太陽質(zhì)量左右，不會低于40倍太陽質(zhì)量，依然支持原來“最大恒星級黑洞”的結(jié)論。

劉繼峰透露，目前中國科研團隊正在醞釀新的論文，預(yù)計不久后將發(fā)表。(記者 劉園園)

關(guān)鍵詞： 最大恒星級黑洞