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2020-01-21 22:51:35  来源:国内新闻网-人民日报
 

  原标题:“最大恒星级黑洞”引学术争议,中国科研团队回应质疑

  2019年11月28日,《自然》期刊发布中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队的一项“重大发现”。该研究团队依托郭守敬望远镜(LAMOST),发现一颗大约70倍太阳质量的黑洞。如果真的如此,它将是迄今为止质量最大的恒星级黑洞。

  但是,研究结果发表后,陆续有国外天文学者发布论文,对“70倍太阳质量黑洞”提出质疑。

  有的论文指出,这颗黑洞并没有70倍太阳质量这么大;有的论文指出,它有可能不是一个黑洞,而可能是一颗大质量中子星甚至普通恒星。

  这,到底怎么回事?

 图为LB-1的艺术想象图 (喻京川 绘)。图片来源:中国科学院国家天文台官网 图为LB-1的艺术想象图 (喻京川 绘)。图片来源:中国科学院国家天文台官网

  “远超理论预言质量上限”的黑洞

  这个引发争议的“最大恒星级黑洞”,存在于一个叫做LB-1的双星系统里。

  中国科学家认为,在这个双星系统里,有一颗8倍太阳质量的蓝色恒星,围绕一个“看不见的天体”做周期性运动。不同寻常的光谱特征表明,那个“看不见的天体”极有可能是一颗黑洞。

  研究人员随后通过西班牙加纳利大望远镜和美国凯克望远镜,进一步确认了LB-1的光谱性质,计算出该黑洞的质量大约是太阳的70倍。

  70倍。这个数字意味着什么呢?

 图为LB-1和引力波并合事件、X射线方法发现的黑洞的质量分布。图片来源:中国科学院国家天文台官网 图为LB-1和引力波并合事件、X射线方法发现的黑洞的质量分布。图片来源:中国科学院国家天文台官网

  说到这里,有必要科普一下:恒星级黑洞由大质量恒星死亡形成,在宇宙中广泛存在。理论预言银河系中有上亿颗恒星级黑洞,但迄今为止,天文学家仅在银河系发现了约20颗恒星级黑洞,而且质量均小于太阳质量的20倍。

  70倍太阳质量黑洞,依据此前的新闻发布,“远超理论预言的质量上限,颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知,有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新”。

  质疑一:最低只有2到3倍太阳质量

  正因为它严重挑战现有恒星演化理论,这项结果一经发表,便立即引发国际天文学界的关注。随后,陆续有多篇相关论文提出质疑观点。

  其中包括德国埃尔朗根-纽伦堡大学和波茨坦大学的天文学家团队。

  1月10日,该团队在国际知名的《天文学与天体物理学》期刊发表论文称,这个“70倍太阳质量黑洞”可能根本不是黑洞,而有可能是大质量中子星,甚至普通恒星。

 图为德国天文学家团队在《天文学与天体物理学》期刊发表的论文信息。图片来源:《天文学与天体物理学》期刊官网截图 图为德国天文学家团队在《天文学与天体物理学》期刊发表的论文信息。图片来源:《天文学与天体物理学》期刊官网截图

  这个德国天文学家团队指出,那个看不见的星体的伴星,即B型星LS V + 22 25,是可以被看到的。这颗伴星的质量越大,黑洞的质量也就需要越大,这样才能带来伴星相应的运动。

  他们对这颗伴星的光谱档案以及它表面的化学元素丰度进行了研究。然后发现,这颗恒星表面存在由氢核聚变产生的灰烬,而这种过程只在年轻恒星的内核发生,不应在恒星表面被探测到。

  该团队认为,这颗伴星一定在过去与那个看不见的星体发生了一些作用。在此过程中,这颗伴星的外层被移除。因此现在看到的是被剥离外层的氦核,它富含氢燃烧产生的灰烬。

  然而,被剥离的氦星比普通的恒星更轻。该团队将这一结果和盖亚太空望远镜最近的测量相结合,认为这颗恒星的质量最有可能是太阳质量的1.1倍(存在±0.5倍的不确定度)。

  据此,该团队得出,另一个星体最低只有2到3倍太阳质量——这与中国科学家团队得出的数字相差甚远。

  质疑二:只是一颗“正常”的恒星级黑洞

  另一位质疑者,是来自美国加州大学伯克利分校的研究生,名叫贾里姆·埃尔·巴德里。

  图为贾里姆·埃尔·巴德里(左)与加州大学伯克利分校天文学系主任艾略特·夸塔特(右)讨论黑洞的演化。图片来源:加州大学伯克利分校官网,Hulda Nelson

  据加州大学伯克利分校官网介绍,巴德里专门研究不同寻常的双星系统。当看到70倍太阳质量黑洞相关论文时,他十分震惊。

  “我们知道有20到30颗黑洞存在于双星系统中,它们只有70倍太阳质量的一半,或者小于70倍太阳质量。” 巴德里表示。

  12月9日,巴德里的论文提交在arXiv预印本文献库中,并于1月3日进行了修改。论文由巴德里和加州大学伯克利分校天文学系主任艾略特·夸塔特共同署名。

 图为贾里姆·埃尔·巴德里提交在arXiv预印本文献库中的论文信息。图片来源:arXiv预印本文献库官网截图 图为贾里姆·埃尔·巴德里提交在arXiv预印本文献库中的论文信息。图片来源:arXiv预印本文献库官网截图

  该论文提出,中国研究团队发现的这个史无前例的恒星级黑洞的质量,主要证据是测量Hα发射线的径向速度变化,这种Hα发射线被认为来自黑洞周围的吸积盘。

  巴德里认为,那颗B型星的大气也在吸收Hα发射线,这使得Hα发射线看起来像是发生了位移,但实际上并没有。

  因此,并没有证据表明Hα发射线的径向速度变化。Hα发射线很可能源于双星系统周围物质,而不是黑洞周围的吸积盘。

  “目前这颗看不见的伴星的特征依然是不确定的,但是它最有可能是一颗5到20倍太阳质量的‘正常’恒星级黑洞。” 巴德里在论文里提出。

  复核结果基本支持最初结论

  相关质疑不止上述两个。面对来自国际天文学界的质疑,1月18日,“最大恒星级黑洞”论文第一作者刘继峰研究员接受科技日报记者采访时进行了回应。

  “我们现在已经有初步结果,证实我们的研究结果。”刘继峰接受科技日报记者采访时说。显然,他已经注意到了这些科学争议。

  对于德国研究团队所说的,“70倍太阳质量黑洞”可能不是黑洞,而是一个中子星,甚至普通恒星,刘继峰表示:“这是第一步就可以被排除的模型。”

  刘继峰解释说,这种模型是双星演化中非常短暂的特殊阶段,因此存在的可能性非常低。此外,这种模型也依赖于该天体离我们的距离,而根据盖亚太空望远镜的最新测量,不支持该模型要求的那么近的距离。

  对于加州大学伯克利分校研究人员的质疑,刘继峰认为,Hα发射线成分复杂,仅减去B型星吸收而忽略星风发射是不行的,需要用其它方法来独立验证。

  “我们使用两个多月来观测到的更加丰富的数据,进行了更加细致的分析和复核。分析结果支持原来的结论。”刘继峰告诉科技日报记者,目前分析认为,那颗黑洞的大小应该是70个太阳质量左右,不会低于40倍太阳质量,依然支持原来“最大恒星级黑洞”的结论。

  刘继峰透露,目前中国科研团队正在酝酿新的论文,预计不久后将发表。

  来源:科技日报

责任编辑:郑亚鹏

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