黑洞猎手妄想：搜查“深藏不露”的清静黑洞—往事—迷信网

黑洞是宇宙中最怪异的天体之一，速率最快的黑洞光都无奈逃离它超强的引力。正因如斯，猎手黑洞也是妄想钻研极强引力以及极高密度条件下物理纪律的宇宙做作试验室，而搜查差距品质的搜查事迷黑洞是黑洞天体物理钻研的关键。当初，清洞往迷信家睁开了“黑洞猎手妄想”，静黑以郭守敬望远镜等取患上的信网大规模光谱巡天数据为根基，搜查一大批“深藏不露”的深藏不露清静黑洞。

小品质黑洞缺潦倒味着甚么

黑洞是黑洞宇宙中最怪异的天体之一。它自己不发光，猎手看不见摸不着，妄想具备超强的搜查事迷引力，任何从其身旁经由的清洞往物资，搜罗速率最快的静黑光都无奈逃离。假如把太阳缩短为半径3公里的球体——对于人而言，3公里约莫需要步辇儿40分钟——太阳缩短后的密度至关于黑洞的密度。可能说，黑洞是钻研极强引力以及极高密度条件下物理纪律的宇宙做作试验室。

地舆学家凭证品质将黑洞分为三类：位于大型星系中间、如饕餮巨兽般吸积周围物资的超大品质黑洞（百万倍太阳品质以上），大品质恒星降生坍缩发生的恒星级黑洞（100倍太阳品质如下），以及数目极为罕有、被称为前面两者之间桥梁的中等品质黑洞。

以前60多年来，人们对于河汉系中恒星级黑洞的钻研取患了长足妨碍，发现了一批单独以及双星零星中的黑洞候选体，对于其位置、行动、辐射、时变、光变等特色妨碍了详细的审核，从而对于它们的妄想、组成以及辐射性子有了比力深入的清晰。但仍有一些关键性的根基下场尚待解答，比力有代表性的是黑洞的品质扩散下场。

在现有超新星爆炸实际模子下，给定河汉系恒星的初始品质函数，人们预料河汉系中理当有数万万颗恒星级黑洞，黑洞的品质不断扩散于3倍太阳品质到20倍太阳品质之间，而且品质越小，黑洞的数目越多。可是，到当初为止，人们在河汉系中只证认了约20颗恒星级黑洞，这些黑洞的品质扩散以及实际上的不断扩散颇为差距，展现为不低于5倍太阳品质的黑洞，也便是小品质黑洞缺失下场。

究其原因，可能是现有的超新星爆炸实际不美满，需要妨碍更正，也可能是当初证实的黑洞数目太少，统计样本不残缺。由于在实际上钻研超新星爆发历程还存在诸多不断定因素，很难给出抉择性的分说凭证，因此在河汉系中搜查恒星级黑洞等致密天体并建树大规模样本，钻研其空间以及能源学品质扩散成为处置上述下场的关键，也是最为可行的技术本领。

奈何样搜查恒星级黑洞

到当初为止，地舆学家搜查恒星级黑洞主要依靠如下五种措施：

第一种措施是引力波。狭义相对于论预言，双致密天体零星并合会释放引力波。可能经由引力波试验倾听“时空震颤的涟漪”，推知双黑洞并合使命，并患上到并合前两颗恒星级黑洞的品质。2015年9月14日，美国激光干涉引力波地舆台发现了第一起双黑洞并合使命(GW150914)，由两颗分说为36倍以及29倍太阳品质的黑洞，并合为62倍太阳品质的黑洞，其中约3倍太阳品质以引力波的方式释放进来。当初，美国激光干涉引力波地舆台以及欧洲室女座干涉仪已经探测到了约百起双黑洞并合使命。

第二种措施是X射线。假如黑洞与一颗个别恒星组成一个密近双星零星，黑洞就会展现狰狞的“爪牙”，以强盛的“胃口”直接把恒星伴星上的气体物资吸以前，组成吸积盘，收回璀璨的X射线。该措施以X射线为探针，进一步经由监测伴星的行动，丈量黑洞品质并确认其存在。20世纪60年月，第一个恒星级黑洞候选体天鹅座X-1因其X射线辐射被发现。

第三种措施是视向速率。在黑洞双星零星中，可能收回X射线辐射的只占一小部份。当黑洞以及它的伴星距离较远时，将不会爆发吸积，也不会发生X射线。此时，可能经由大规模监测恒星行动，来追寻双星中不私见的天体。想象你与一个隐身人在冰面上手拉手旋转，咱们尽管无奈看到隐身人，却可能经由你的行动来推知隐身人的存在。2014年，MWC 656是第一例经由视向速率措施发现的黑洞。

第四种措施是微引力透镜。想象有一个远景天体，当其经由一个布景恒星前面时，布景恒星收回的光，会有一部份被远景天体偏折，而后被咱们审核到。咱们会发现两个天气：一是泛起了一个环概况两个像；二是布景恒星猛然变亮了。这便是引力透镜天气。假如只能审核到第二个天气，则称为微引力透镜。从本世纪初开始，已经经由该措施发现了多例黑洞候选体，但直到2022年，才比力确凿地证认了第一例黑洞MOA-2011-BLG-191。

第五种措施是天体丈量措施。对于双星来说，它们绕双星质心转折，不光会发生视向速率周期性变更，其在天球上的位置也会爆发周期性变更。尽管双星行动组成的天体在天球上的位置变更颇为重大，但欧洲盖亚探测器在最佳的情景下可能抵达数十个微角秒的天测精度，可能探测到伴星除了自行以及视差外、由致密天体排汇组成的位置变更。2022年，已经有数例天体丈量措施与视向速率措施散漫发现的黑洞患上到了证认，如Gaia BH1。

这多少种措施有各自的适用规模：引力波措施适用于双致密星零星；X射线措施适用于双星距离较近且存在吸积（强X射线辐射）的情景；视向速率措施适用于双星距离较远且无吸积（无/弱X射线辐射）的情景；引力透镜适用于发现单独黑洞；天体丈量措施在发现距离遥远且轨道周期很长的双星零星方面具备配合优势。

若何找出更多“深藏不露”的黑洞

地舆学是一门审核驱动的学科，其睁开与望远镜的功能非亲非故，而一项新技术的睁开也会催生新的黑洞搜查措施。

以视向速率措施为例，1783年，英国物理学家约翰·米歇尔就曾经提出，可能经由审核周围天体的行动来追寻看不见的天体。20世纪60年月，地舆学家已经集合大批审核资源，试取运用径向速率监测的措施追寻黑洞，可是由于配置装备部署锐敏度、数据品质等下场，最后无功而返。直到我国的“大天区面积多目的光纤光谱地舆望远镜”，即郭守敬望远镜（LAMOST）的建成，才使患上运用视向速率措施大规模搜查黑洞成为可能。

LAMOST是我国自主研制、全天下光谱取患上率最高的光谱望远镜之一。它具备4000颗眼睛（光纤），因此每一次能审核近4000个天体。2023年3月30日，中国迷信院国家地舆台对于国腹地当地舆学家以及国内相助者宣告了LAMOST DR10数据集。该数据集搜罗光谱总数逾越两万万条，约是当初国内上其余巡天望远镜宣告光谱数之以及的3倍。LAMOST成为天下上首个宣告光谱数突破两万万的巡天名目，为地舆学家搜查特殊天体、探究河汉系组成与演化等提供了最有力的数据反对于。

从2016年春天开始，以国家地舆台为首的钻研团队运用LAMOST睁开双星课题钻研，对于一个小天区内3000多颗恒星妨碍了历时两年之久的监测。其中，一颗在反银心倾向的B型星展现出了配合的光谱特色：具备清晰周期性行动的恒星罗致线（来自B型星）以及具备小振幅反相位行动的宽Hα发射线（来自某不私见天体）。钻研职员经由拟合视向速率曲线患上出了黑洞与B型星的品质比，而后估算了可见星的品质，最终证实该双星零星中存在一个品质约为70倍太阳品质的黑洞LB-1，后续钻研表明该黑洞品质更可能在20～50倍太阳品质之间。

LB-1的发现短缺证明了LAMOST强盛的光谱取患上能耐。LAMOST对于LB-1妨碍了26次审核，历时两年，累计曝光光阴约40小时。LAMOST监测的天区共搜罗约3000个恒星，因此LB-1的发现率约1/3000。这剖析假如运用一架艰深4米口径望远镜特意来追寻这样一颗黑洞，天天审核8小时，一年365天妨碍不断审核，同样的多少率下，则需要40年的光阴，这短缺展现出LAMOST超高的审核功能。

以此为契机，中国迷信院国家地舆台散漫厦门大学、南京大学、武汉大学、上海地舆台等钻研团组，建树了“黑洞小分队”，经由“超团组”的相助方式，优势互补，资源同享，睁开了“黑洞猎手妄想”：以LAMOST等取患上的大规模光谱巡天数据为根基，经由视向速率措施发现一大批“深藏不露”的清静黑洞。

未来有哪些妨碍值患上期待

运用视向速率监测的措施，国内外的钻研团组已经发现了多例黑洞及候选体。

2019年，由美国天体物理钻研协会主导运行的斯隆数字巡天名目中的近红外高分说率光谱巡天名目（APOGEE），拆穿困绕了河汉系约10万颗红巨星。基于其视向速率审核以及ASAS-SN的光变数据，迷信家发现2MASS J05215658+4359220是一个双星零星，除了一颗璀璨、快捷旋转的巨星外，尚有一个3.3倍太阳品质（2.6至6.1倍太阳品质）的不私见天体。它有可能是一个大品质的中子星，也可能是当初最小的恒星级黑洞。

厦门大学地舆学系运用LAMOST释放的恒星光谱数据, 对于河汉系中恒星级黑洞的搜查与证认睁开了一系列使命，搜罗：提出了运用LAMOST光谱追寻恒星级黑洞候选体的一种新措施；散漫LAMOST光谱以及全天超新星自动巡天零星（ASAS-SN）望远镜的测光审核来追寻恒星级黑洞候选体；估算了运用LAMOST光谱能搜查到的恒星级黑洞的数目。2022年，该团队基于LAMOST数据，发现了一类无吸积信号、无脉冲信号的清静态新中子星星族。

到当初为止，视向速率措施已经发现了十余例黑洞候选体，搜罗MWC65六、LB-一、HR6819等。但良多候选体仍有较大争议，好比部份源可能是由快捷转折的主序星与转速较慢的壳层被剥离的巨星组成，而并非黑洞双星。总之，致密双星的证实依赖多波段（X射线、紫外、射电等）信息，需要综合多本领（谱能量扩散拟合、光变曲线拟合、高分说率光谱分解、元素品貌丈量等）妨碍合成。

除了视向速率措施之外，其余措施在不久的未来都市在致密天体搜查方面大有作为：激光干涉引力波地舆台（LIGO）、引力波探测器(Virgo)以及日本大型高温引力波望远镜（KAGRA）的第四轮审核将在2023年5月开始，估量一大批双致密星零星将会被发现。

德国以及俄罗斯发射的eROSITA卫星已经妨碍了全天X射线审核，未来多少年纪据将逐渐释放；2023年我国将发射爱因斯坦探针（EP卫星），估量一批搜罗恒星级黑洞的X射线源将会被发现。

中国空间站工程巡天望远镜（CSST）将在未来多少年发射升空。其中一项迷信目的是对于河汉系核球妨碍微引力透镜巡天，可能发现一批致密天体。

欧洲盖亚探测器也将在未来多少年周全释放天体丈量数据，大批长/短周期黑洞候选体可能会被发现。

未来，运用上述的种种措施以及不断开拓的新措施，地舆学家有望批量发现河汉系的恒星级黑洞，并对于它们妨碍短缺丈量，构建具备统计清晰性的黑洞品质扩散，解答大品质恒星演化、黑洞组成的一系列根基下场。

（作者：王松，系中国迷信院国家地舆台副钻研员）

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