发现中等质量的黑洞(人类目前观测到最大的黑洞)

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核心提示：天鹅座X1系统想象图。(版权所有：国际射电天文研究中心)中国科学院国家天文台供图.

天鹅座X1系统的想象。(版权所有：国际射电天文研究中心)中国科学院国家天文台供图

来自中国科学院国家天文台的最新消息，国内外三个研究团队对历史上发现的首个恒星黑洞——天鹅座X-1 (Cygnus X-1)的距离、质量、自旋和演化进行了最精确的测量和限制，发现X射线黑洞双星系统中包含一个21倍太阳质量的黑洞，其旋转速度非常接近光速。

这是迄今为止科学家发现并确认的唯一一个X射线双星系统，其黑洞质量超过太阳质量的20倍，旋转速度如此之快。

北京时间2月19日凌晨，这项由澳大利亚、美国和中国三个团队独立完成的重要天文研究成果，由国际科学期刊《科学》和《天体物理学报》三篇论文联合发表。其中，中国科学院国家天文台苟利军研究员、学生赵学善、郑，是《科学》论文的合作者，作为第一作者和通讯作者发表了《天体物理学报》黑洞自转精确测量的论文。

让曾霍金承认失败。

天鹅座X1是一个X射线双星系统，它包含一颗能够产生X射线源的致密恒星和一颗蓝巨星。

自1964年美国探空火箭首次发现该系统以来，致密天体是黑洞还是中子星的问题一直是高能天体物理学研究领域的热点。

20世纪70年代，物理学家索恩和霍金为此打了一个书面赌。直到20世纪90年代，越来越多的观测证据表明系统的中心应该是黑洞，霍金签字承认失败。

精确测量“曲折度”

然而，这种黑洞双星系统的性质以前一直缺乏精确的测量。2011年，苟利军和他的合作者首次尝试精确测量这个黑洞的性质。当时的结果是：这个黑洞系统距离地球6067光年，质量是太阳质量的14.8倍。发现黑洞的视觉界面以72%光速旋转。

2013年，欧洲航天局的盖亚卫星发射升空，计划精确测量银河系中10亿颗恒星的距离，其中包括天鹅座X1，由此得出天鹅座X1的距离约为7100光年。

在《科学》发表的最新论文中，澳大利亚科廷大学的Miller-Jones教授带领团队利用美国的甚长基线干涉阵列(VLBA)再次测量并确认了天鹅座X1的距离。在结合新的观测数据和之前的观测数据，并消除天鹅座X1的喷流运动带来的系统误差影响后，他们最终得出天鹅座X1黑洞的最新距离为7240光年，精度为8%。

在此基础上，合作团队重新分析了光学数据，发现黑洞质量增加了50%，达到太阳质量的21倍，精确度为10%。这也成为唯一一个主星质量超过太阳质量20倍的黑洞X射线双星系统。

限制精确的旋转速度

黑洞的自转只影响靠近黑洞可视界面约几百公里的区域，因此需要利用位于该区域的吸积盘产生的光子能量较高的X射线波段数据来推断其自转速度。

苟利军的团队结合新获得的距离和质量的测量结果，分析X射线光谱数据，从而精确限制黑洞的旋转速度。对比之前的测量结果，发现这次测量到的天鹅座X1黑洞的旋转更加极端，其视觉界面至少在光速的95%旋转，这是目前已知的唯一一个如此高速旋转的黑洞系统。

与引力波探测相比

系统参数的完整和高精度测量也使研究团队能够对天鹅座X1黑洞双星系统的演化过程做出更严格的限制。澳大利亚莫纳什大学的曼德尔教授带领一个团队发表了一篇关于恒星演化的论文，称为了形成一个重量如此之大、自转速度极快的黑洞，恒星风损失应该比之前预计的小几倍，而这个黑洞的前身恒星的质量是太阳的60倍。

苟利军研究员表示，系统参数的精确测量也为科学家提供了与引力波探测到的黑洞进行对比的机会。天鹅座X1的旋转速度非常快，它表现出了与引力波发现的黑洞系统完全不同的旋转特征，这也意味着这个X射线双星系统很可能具有与引力波系统完全不同的形成机制。

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