遠超理論質量上限，發現銀河系內「不可能」存在的巨型恆星黑洞

  2019 年 11 月 29 日

天文學家估計過，銀河系內應該含有上億個恆星黑洞，但它們完全不活躍，質量介於太陽質量 5～20 倍。然而中國科學家領導的團隊現在發現了不符理論的恆星黑洞，質量重達太陽 70 倍，給天文界帶來一道新難題。

黑洞是宇宙中肉眼不可見的物體，除非它們很積極吸收物質形成吸積盤，氣體摩擦時釋放大量輻射才會被發現，否則平常都安靜埋伏在宇宙背景中。中子星、黑洞產生的吸積盤輻射多半處於光譜 X 射線區域，因此科學家常透過搜尋 X 射線源來判定黑洞位置，目前我們已用這種方法確定了銀河系中幾個恆星黑洞，質量比太陽大 5～20 倍。

要測量黑洞的質量很簡單，其中一個方法就是確定圍繞黑洞運轉的恆星速度，恆星移動越快、代表黑洞質量越大；但尋找黑洞的難易度就得視黑洞質量大小而定，按照質量大小，黑洞可以分類為微型黑洞（又稱量子黑洞，尚未證實）、恆星黑洞、中等質量黑洞（尚未證實）和超大質量黑洞，一般來說，超大質量黑洞因吸積盤輻射夠亮，所以最容易被望遠鏡發現。

但質量只有太陽五～數十倍的恆星黑洞（ Stellar black hole ）存在感相當薄弱，它們的引力不足以吸取大量物質發出強大輻射，因此，搜尋 X 射線源這方法通常找不到恆星黑洞。

由中國科學院國家天文台天文學家劉繼峰（ JiFeng Liu ）領導的國際團隊，只好嘗試其他大海撈針的方法來搜索恆星黑洞。利用位於中國的郭守敬望遠鏡（ Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope ， LAMOST ），研究人員打算直接尋找有否恆星圍繞著某個不可見天體運轉，如此一來便不用管該怎麼尋找黑洞的微弱吸積盤，這種方法即如今我們搜尋系外行星的徑向速度法。

出現質量遠超理論上限的恆星黑洞

很快地，團隊就發現一個距離距地球 1.5 萬光年的聯星系統，其中有顆 B 型主序星軌道發生些微擺動，圍著一個「看不見的天體」坐著週期性運動。進一步使用西班牙的加那利大型望遠鏡和美國凱克天文台分析觀察後，團隊發現 B 型主序星約 3,500 萬歲，質量為太陽 8 倍，每 79 天繞行系統中另一個神祕物體 LB-1 ，擁有讓人驚豔的圓形軌道。

此外，分析 LB-1 的光譜性質後，研究人員指出這個「看不見的天體」極可能是個黑洞，且質量約太陽 70 倍。到這裡，天文學家頭大了：根據目前的恆星演化模型，至少在我們銀河系內，不應該存在這種質量等級的黑洞，單一顆恆星再怎麼巨大，重力塌縮後頂多也只能形成太陽質量 25 倍的恆星黑洞，不可能高達 70 倍。

科學家對 LB-1 的異常質量有兩種解釋，第一， LB-1 不是來自單顆恆星塌縮，而是 2 顆恆星塌縮成 2 個恆星黑洞，然後再合併在一起，這代表該系統最初其實是三星系統；第二種更合理的解釋是， LB-1 實際上是由 2 個彼此正相互繞行的黑洞組成。如果這個假設屬實，將和 LIGO 最近新發現的引力波觀測結果相吻合。

在那些比銀河系還要龐大的星系或類星體中心，黑洞質量可能高達太陽數十億倍，但它們的起源至今還在辯論中。究竟我們該怎麼分類黑洞的尺寸？它們又如何相互作用？要完全了解黑洞的形成、成長、影響與周邊環境，科學界還有很長一段路要走。

新論文發表在《自然》（ Nature ）期刊。

• The discovery of an epic black hole is defying astronomical theory
• Can stellar black holes get any bigger? Seems that’s a yes
• A newfound black hole in the Milky Way is weirdly heavy
• Scientists Just Found an “ Impossible" Black Hole in The Milky Way Galaxy
• A surprisingly big black hole might have swallowed a star from the inside out

（首圖來源：中國科學院國家天文台）

原文網址：https://technews.tw/2019/11/29/stellar-black-hole-lb-1-x-ray-emission-lamost-telescope/