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“河北之眼”发现“黑洞之王”

原标题:“河北之眼”发现“黑洞之王”

  LB-1的艺术想象图,中心黑色的点表示黑洞,周围红色的圆盘代表截断的吸积盘,右下蓝色天体是伴星B型星。 新华社发(喻京川绘)

  郭守敬望远镜。新华社记者 李 响摄

  黑洞质量 (太阳质量) 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。 新华社发

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  11月28日凌晨,国际科学期刊《自然》发布了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。依托我国自主研制的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST),研究团队发现了一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞,并提供了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法。

  发现被誉为“黑洞之王”的“功臣”——郭守敬望远镜,就被安放在国家天文台兴隆观测站。

  这个巡天利器为什么选择安放在这里?它又是凭借怎样的技术来颠覆人们对恒星级黑洞形成的认知呢?

  为什么它能“看到”?

  在河北省内燕山主峰雾灵山南麓的连营寨,10个现代化的天文圆顶矗立于郁郁葱葱的山脊之上。这里就是当今亚洲规模最大的光学天文观测基地——中国科学院国家天文台兴隆观测站。兴隆观测站目前共有50厘米以上的天文望远镜9架,其中,著名的郭守敬望远镜(LAMOST)就在这里。

  LAMOST是国家重大科学工程之一,2010年4月被冠名为“郭守敬望远镜”。这是一架大视场兼备大口径新型光学望远镜,它是目前我国最大的光学望远镜,其有效通光口径达到4米,视场角直径为5度。郭守敬望远镜的结构完全由我国的科学家独创,地球上没有第二架。

  郭守敬望远镜结构设计特殊,同时兼具大口径和大视场两个优点,大口径意味着更多的进光量,大视场意味着可观测的范围更广,可同时观测的目标数量更高。

  郭守敬望远镜的焦面上安装了4000根可以自由移动的光纤,也就是说一次观测就能拍摄近4000个天体的光谱。直到今天郭守敬望远镜还是世界上光谱获取效率最高的望远镜。

  它于2012年开始运行,至2015年上半年仅两年半的时间,它获取的光谱数量就已经超过了世界上其他望远镜之前拍摄所有光谱数量的总和。截止到2018年6月一期观测结束,郭守敬望远镜总共获取了超过900万条光谱,而这个数字还将会随着已经开始的二期观测而继续以惊人的速度增加。

  利用郭守敬望远镜庞大的光谱数量,天文学家们得以对银河系进行“星口普查”。例如,天文学家利用郭守敬望远镜为银河系重新画像,两次刷新了银河系半径大小,从原来的5万光年扩大到了10万光年,增加了一倍;还有最近利用郭守敬望远镜发现了人类已知的锂含量最高的巨星,它的锂含量是同类恒星的3000倍以上,堪称“宇宙最大充电宝”;天文学家还通过郭守敬望远镜发现了万余颗来自宇宙早期的贫金属星,它们如同宇宙的“化石”一样记录了宇宙早期的演化信息;郭守敬望远镜找到了一批超高速星,它们的速度快到甚至可以摆脱银河系的引力。

  2016年秋季开始,研究团队利用该望远镜开展双星课题研究,历时两年监测了一个小天区内3000多颗恒星。结果发现,在一个X射线辐射宁静的双星系统(LB-1)中,一颗8倍太阳质量的蓝色恒星,围绕一个“看不见的天体”做着周期性运动。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。

  研究人员随即进行了“确认”:他们通过西班牙10.4米口径加纳利大望远镜和美国10米口径凯克望远镜,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。

  刘继峰表示,如果利用一架普通四米口径望远镜来寻找这样一颗黑洞,同样的几率下,则需要40年的时间——这充分体现出LAMOST超高的观测效率。“LB-1的发现标志着利用LAMOST巡天优势搜寻黑洞新时代的到来”。

  据了解,2019年3月,郭守敬望远镜(LAMOST)公开发布了1125万条光谱,成为全球首个突破千万的光谱巡天项目,被天文学家誉为全世界光谱获取率最高的“光谱之王”。在此次黑洞发现过程中,郭守敬望远镜(LAMOST)共为这项研究做了26次观测,累积曝光时间约40个小时。

  为了纪念LAMOST在发现这颗巨大恒星级黑洞上做出的贡献,天文学家给这个包含黑洞的双星系统命名为LB-1。

  为何会建在兴隆?

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