同樣是發現恆星級黑洞，中國用的望遠鏡有什麼不同？_風聞

導讀

本期科技袁人：介紹中國發現的質量最大的恆星級黑洞。

這一週的科技袁人LITE，我們請來了另外一位來自中科大天文系的“袁老師”——袁業飛老師。今天袁老師就來和大家説説最近中國天文學家發現一顆迄今為止質量最大的恆星級黑洞。不過小猿最感興趣的還是袁老師在視頻裏面介紹的郭守敬望遠鏡（LAMOST）。據説它是“光譜之王”，就是它發現了這個質量最大的恆星級黑洞。話不多説，大家看完就明白了。

想補“黑洞”相關課程的同學們，可以去看看我們這期節目：參與了首張黑洞照片拍攝的中國科學家，怎麼解讀這張照片？| 科技袁人plus

視頻鏈接：

https://www.bilibili.com/video/av78275520?from=search&seid=834330461075107212

部分評論：

某科學の覇王：

後期在郭守敬望遠鏡視頻資料上P的一堆大大的“貴”字很精髓

竹林晚簫：

袁老師説過，中國科技研發投入的加大，未來幾十年將持續增加科技產出，早晚有一天，諾貝爾獎會爆發式的在中國出現

精彩呈現：

**袁嵐峯：**大家好，我正在觀視頻《答案》年終秀的現場，準備明天（2019年12月7日）的演講，明天歡迎大家收看直播。這個星期的《科技袁人Lite》，我就請到了我的同事、科大天文系的袁業飛教授，來向我們講解最近的中國科學院國家天文台發現的重要成果，發現了宇宙當中最大的恆星級質量的黑洞。

**導演：**袁老師，我們要上場了~

**袁嵐峯：**啊，好好，馬上就來，馬上就來~

袁業飛：《科技袁人》的觀眾朋友們好，我是中科大天文系的袁業飛老師。很高興再次見到大家。

**科大同學（阿帥）：**歡迎袁老師，我們知道您是研究黑洞的，還參與拍攝了黑洞的第一張照片。最近黑洞又出了大新聞。我國天文學家，用我們自己的望遠鏡，觀測到了目前最大的恆星級黑洞，顛覆了過去的恆星演化模型。

**袁業飛：**是的，我看到這個消息也很激動。先在這裏祝賀一下中國科學院國家天文台劉繼峯教授的研究團隊和張昊彤研究員的研究團隊，以及一起參與觀測的國內外天文學家。這裏我還要特別祝賀為LAMOST-郭守敬望遠鏡做出貢獻的所有科研人員。

**阿帥：**對這個超大黑洞，觀眾有好多問題想向您請教。

**袁業飛：**樂意回答，請問吧。

**阿帥：**袁老師請聽題，新聞裏説，這是一個“70倍太陽質量的恆星級黑洞”，“遠超理論預言的質量上限”。什麼叫恆星級黑洞？除了這類黑洞，還有哪些黑洞？

**袁業飛：**目前發現的宇宙中的黑洞分為兩大類，一類是與恆星質量相當的所謂的恆星級黑洞，它們的質量一般在10-15倍太陽質量之間。另一類是在星系中心的質量在1百萬到100億太陽質量的超大質量黑洞。恆星級黑洞一般起源於大質量恆星的晚期，是恆星死亡之後的遺骸。這裏恆星死亡的意思是，恆星核區的核燃料消耗殆盡，熱核反應停止。

例如，太陽的年齡約為46億年。大約50億年後，太陽核區的氫將幾乎耗盡，核區就會塌縮，變成一顆白矮星。太陽外層會膨脹，並將大部分外層大氣拋射到宇宙空間中去。星系中心的超大質量黑洞是通過種子黑洞在宇宙年齡這麼長的時間內不斷吸積氣體，甚至通過與其他的黑洞併合而不斷長大的。

**阿帥：**第二題，袁老師，請問：我們過去已經發現了20多個恆星級黑洞。這個比它們都大，為什麼這麼遲才發現？是方法上有什麼突破嗎？

**袁業飛：**之前發現的20多個恆星級黑洞是通過X射線衞星探測到的。在這類X射線雙星系統中，有一顆恆星離黑洞很近，給黑洞供給氣體，黑洞吸積這次氣體就釋放能量，發射X射線光。這次發現的黑洞也在一個雙星系統裏，但是，恆星與黑洞之間的距離比較遠，與地球到太陽的距離相當，恆星不能給黑洞供給大量氣體發X射線光。因此，我們是無法通過X射線衞星探測到這樣的系統的。

這次的探測是通過光學觀測進行的，類似於今年獲得諾貝獎的工作—系外行星的探測，是通過測量圍繞黑洞公轉的恆星的視向速度發現的。普通的望遠鏡一般一次只能監測一兩顆恆星的光譜變化，而我們事先並不知道哪顆恆星周圍有黑洞。因此用普通的望遠鏡做光譜觀測，很難探測到黑洞。而我國建造的郭守敬望遠鏡，是光譜之王，它一次能同時監測4千個天體的光譜！大大提高了通過視向速度法發現黑洞的概率。光譜觀測類似將太陽光經過三稜鏡，變成五顏六色，即將各種頻率的光分開。光譜觀測的優點就是，我們可以測量星光中的一些原子、分子譜線。根據光譜分析，可以獲取宇宙天體中的化學成分、温度、氣體運動等定量化的信息。在本次觀測中，我們就是通過測量恆星吸收譜線的紅移和藍移，測量恆星圍繞黑洞的週期性運動速度。

**阿帥：**新聞裏提到，它“顛覆了人們對恆星級黑洞形成的認知”，那麼我們原先對恆星級黑洞形成是怎麼解釋的？

**袁業飛：**恆星級黑洞一般起源於大質量恆星的晚期，是恆星死亡之後的遺骸。大恆星死亡的時候，外殼層大部分物質被拋射出去，觀測上變現為超新星爆炸，核區小部分物質就塌縮為黑洞。歷史上比較有名的一個超新星1054，即公元1054我國在宋朝觀測到的超新星。目前遺留下來正在高速膨脹的蟹狀星雲和埋在星雲中的一顆中子星—蟹狀星雲脈衝星。據估計，在銀河系中，大概一百年發生三次超星爆炸，有些超新星被塵埃遮擋，能被我們觀測到的超新星大概每一百隻有一次。

另外一方面，即使恆星剛誕生的時候質量很大，由於質量大的恆星，它的光度也大，被吹出去物質也多，質量損失也厲害，等到它晚期核區塌縮的時候，質量已經減少了一大半。因此，即使恆星的質量很大，它最終形成的黑洞的質量也不會很大。

另外，根據觀測和理論，恆星的最大質量約為幾百太陽質量，例如，目前人類觀測到最大恆星質量約為315個太陽質量。總之，恆星級黑洞的質量一般在3-30太陽質量之間，不會太大。這次觀測到70倍太陽質量的恆星級黑洞有點意外，根據目前的恆星結構和演化理論很難解釋。文章中提到了一種可能猜測，它可能原來是一個三星系統，兩個相互繞轉的、約為30個太陽質量的黑洞，外加離得比較遠的一顆恆星。最終兩個黑洞合併成了現在那個70倍太陽質量的黑洞。

**阿帥：**袁老師，發現這個黑洞，對於中國天文研究者的意義是什麼呢？

**袁業飛：**這次發現對中國天文研究者的最大意義是，天文學是一門以發現為主的學科。要想有國際顯示度的重大發現，我們需要有類似郭守敬望遠鏡這樣的大國重器。很高興我們中國科學技術大學在郭守敬望遠鏡的項目立項、科學目標研究和關鍵技術攻關方面都做出了重大貢獻！例如，我們天文系的楮耀泉教授曾任LAMOST工程指揮部成員、首席科學家、項目副總經理，張昊彤研究員就是我們天文系的本科生，也是楮耀泉教授的博士生。光纖定位技術是LAMOST望遠鏡的兩個關鍵技術之一，這是由我校精密機械系的褚家如教授領導的團隊研製成功的。這裏插播一個小廣告，歡迎報告中科大天文學系！

**阿帥：**您覺得，這一發現對於世界天文學界，會產生怎樣的影響？

**袁業飛：**根據目前恆星結構和演化模型，只能形成最大質量約為25倍太陽質量的黑洞。這顆新發現黑洞的質量已經遠超理論預期，對現有理論提出了巨大的挑戰。這一發現必將“刺激”理論家去發現新的恆星級黑洞的形成理論，和觀測天文學家去發現更多的大質量恆星級黑洞，大大推動黑洞天體物理的研究。

我的感慨是，天文學是一門以觀測為主的基礎學科，嚴重依賴大型觀測設備，投入非常大，早些年因為我們國家經濟比較落後，導致我們在天文學領域與國際差距還比較大。改革開放40多年來我國在經濟上取得了巨大的成就，在天文設備的研製和建設上面投入越來越大，比如大家熟悉的“天眼”望遠鏡、郭守敬望遠鏡、“悟空”暗物質衞星、“慧眼”X射線衞星等。

隨着這些大型天文設備的上線，中國天文學家會取得越來越多的重大成果，會出更多的大的新聞。以我們中科大天文係為例，過去我們老一輩的天體物理學家，主要從事理論研究，主要用的是筆和紙；中年的天文學家過去只要是利用國外望遠鏡的數據，開展天體物理的研究，主要用的是電腦；而現在我們的年輕天文學家開始利用我們國家自己望遠鏡的數據做研究，甚至現在青年的天文學家有機會參與建造我們自己的大型望遠鏡——WFST，中國科大與紫金山天文台共建的、耗資2億人民幣的2.5米寬視場巡天望遠鏡！

我相信中國的天文學家在未來的一二十年之內，會取得更多越來越重大的成果，到時候呢，我再來給《科技袁人》的觀眾介紹，期待下次再見！