前不久，中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“最大恒星級(jí)黑洞”的新聞，估計(jì)你還有印象吧?這個(gè)“黑洞”最近引起了一些學(xué)術(shù)爭(zhēng)議。

先來回顧一下這個(gè)大新聞。

2019年11月28日，《自然》期刊發(fā)布中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)劉繼峰、張昊彤研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)“重大發(fā)現(xiàn)”。該研究團(tuán)隊(duì)依托郭守敬望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)，發(fā)現(xiàn)一顆大約70倍太陽質(zhì)量的黑洞。如果真的如此，它將是迄今發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量最大的恒星級(jí)黑洞。

然而，研究結(jié)果發(fā)表后，陸續(xù)有國(guó)外天文學(xué)者發(fā)布論文，對(duì)“70倍太陽質(zhì)量黑洞”提出質(zhì)疑。

有的論文指出，這顆黑洞并沒有70倍太陽質(zhì)量這么大;有的論文指出，它有可能不是一個(gè)黑洞，而可能是一顆大質(zhì)量中子星甚至普通恒星。

這，到底怎么回事?

面對(duì)學(xué)術(shù)爭(zhēng)議，1月18日，“最大恒星級(jí)黑洞”論文第一作者劉繼峰研究員接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)進(jìn)行了回應(yīng)。

“遠(yuǎn)超理論預(yù)言質(zhì)量上限”的黑洞

這個(gè)引發(fā)爭(zhēng)議的“最大恒星級(jí)黑洞”，存在于一個(gè)叫做LB-1的雙星系統(tǒng)里。

中國(guó)科學(xué)家認(rèn)為，在這個(gè)雙星系統(tǒng)里，有一顆8倍太陽質(zhì)量的藍(lán)色恒星，圍繞一個(gè)“看不見的天體”做周期性運(yùn)動(dòng)。不同尋常的光譜特征表明，那個(gè)“看不見的天體”極有可能是一顆黑洞。

研究人員隨后通過望遠(yuǎn)鏡進(jìn)一步確認(rèn)了LB-1的光譜性質(zhì)，計(jì)算出該黑洞的質(zhì)量大約是太陽的70倍。

這個(gè)數(shù)字意味著什么呢?

這里有必要科普一下：理論預(yù)言銀河系中有上億顆恒星級(jí)黑洞，但迄今為止，天文學(xué)家僅在銀河系發(fā)現(xiàn)了約20顆恒星級(jí)黑洞，而且質(zhì)量均小于太陽質(zhì)量的20倍。

70倍太陽質(zhì)量黑洞，依據(jù)此前的新聞發(fā)布，“遠(yuǎn)超理論預(yù)言的質(zhì)量上限，顛覆了人們對(duì)恒星級(jí)黑洞形成的認(rèn)知，有望推動(dòng)恒星演化和黑洞形成理論的革新”。

最低只有2到3倍太陽質(zhì)量?

正因如此，這項(xiàng)研究一經(jīng)發(fā)表，便立即引發(fā)國(guó)際天文學(xué)界的關(guān)注。隨后，陸續(xù)有多篇相關(guān)論文提出質(zhì)疑觀點(diǎn)。

其中包括德國(guó)埃爾朗根—紐倫堡大學(xué)和波茨坦大學(xué)的天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)。1月10日，該團(tuán)隊(duì)在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》期刊發(fā)表論文稱，這個(gè)“70倍太陽質(zhì)量黑洞”可能根本不是黑洞，而有可能是大質(zhì)量中子星，甚至是普通恒星。

該團(tuán)隊(duì)指出，那個(gè)看不見的星體的伴星，即B型星LS V + 22 25，是可以被看到的。這顆伴星的質(zhì)量越大，黑洞的質(zhì)量也就需要越大，這樣才能帶來伴星相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。

他們研究發(fā)現(xiàn)，這顆恒星表面存在由氫核聚變產(chǎn)生的灰燼，而這種過程只在年輕恒星的內(nèi)核發(fā)生，不應(yīng)在恒星表面被探測(cè)到。

該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這顆伴星一定在過去與那個(gè)看不見的星體發(fā)生了一些作用。在此過程中，這顆伴星的外層被移除。因此現(xiàn)在看到的是被剝離外層的氦核，它富含氫燃燒產(chǎn)生的灰燼。

然而，被剝離的氦星比普通的恒星更輕。該團(tuán)隊(duì)將這一結(jié)果和蓋亞太空望遠(yuǎn)鏡最近的測(cè)量相結(jié)合，認(rèn)為這顆恒星的質(zhì)量最有可能是太陽質(zhì)量的1.1倍(存在±0.5倍的不確定度)。

據(jù)此，該團(tuán)隊(duì)又得出，另一個(gè)星體最低只有2到3倍太陽質(zhì)量——這與中國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)得出的數(shù)字相差甚遠(yuǎn)。

一顆“正常”的恒星級(jí)黑洞?

另一位質(zhì)疑者，是來自美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的研究生，名叫賈里姆·埃爾·巴德里。

據(jù)加州大學(xué)伯克利分校官網(wǎng)介紹，巴德里專門研究不同尋常的雙星系統(tǒng)。2019年12月9日，巴德里的論文提交在arXiv預(yù)印本文獻(xiàn)庫中，并于2020年1月3日進(jìn)行了修改。論文由巴德里和加州大學(xué)伯克利分校天文學(xué)系主任艾略特·夸塔特共同署名。

該論文提出，中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的這個(gè)史無前例的恒星級(jí)黑洞的質(zhì)量，主要證據(jù)是測(cè)量Hα發(fā)射線的徑向速度變化，這種Hα發(fā)射線被認(rèn)為來自黑洞周圍的吸積盤。

巴德里認(rèn)為，那顆B型星的大氣也在吸收Hα發(fā)射線，這使得Hα發(fā)射線看起來像是發(fā)生了位移，但實(shí)際上并沒有。因此，并沒有證據(jù)表明Hα發(fā)射線的徑向速度變化。Hα發(fā)射線很可能源于雙星系統(tǒng)周圍物質(zhì)，而不是黑洞周圍的吸積盤。

“目前這顆看不見的伴星的特征依然是不確定的，但是它最有可能是一顆5到20倍太陽質(zhì)量的‘正常’恒星級(jí)黑洞。” 巴德里在論文里提出。

復(fù)核結(jié)果基本支持最初結(jié)論

相關(guān)質(zhì)疑不止上述兩個(gè)。面對(duì)來自國(guó)際天文學(xué)界的質(zhì)疑，中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)如何回應(yīng)?

“我們現(xiàn)在已經(jīng)有初步結(jié)果，證實(shí)我們的研究結(jié)果。”劉繼峰研究員接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說。顯然，他已經(jīng)注意到了這些科學(xué)爭(zhēng)議。

對(duì)于德國(guó)研究團(tuán)隊(duì)所說的“70倍太陽質(zhì)量黑洞”可能不是黑洞，而是一個(gè)中子星，甚至普通恒星，劉繼峰表示：“這是第一步就可以被排除的模型。”

劉繼峰解釋說，這種模型是雙星演化中非常短暫的特殊階段，因此存在的可能性非常低。此外，這種模型也依賴于該天體離我們的距離，而根據(jù)蓋亞太空望遠(yuǎn)鏡的最新測(cè)量，不支持該模型要求的那么近的距離。

對(duì)于加州大學(xué)伯克利分校研究人員的質(zhì)疑，劉繼峰認(rèn)為，Hα發(fā)射線成分復(fù)雜，僅減去B型星吸收而忽略星風(fēng)發(fā)射是不行的，需要用其他方法來獨(dú)立驗(yàn)證。

“我們使用兩個(gè)多月來觀測(cè)到的更加豐富的數(shù)據(jù)，進(jìn)行了更加細(xì)致的分析和復(fù)核。分析結(jié)果支持原來的結(jié)論。”劉繼峰告訴科技日?qǐng)?bào)記者，目前分析認(rèn)為，那顆黑洞的大小應(yīng)該是70個(gè)太陽質(zhì)量左右，不會(huì)低于40倍太陽質(zhì)量，依然支持原來“最大恒星級(jí)黑洞”的結(jié)論。

劉繼峰透露，目前中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)正在醞釀新的論文，預(yù)計(jì)不久后將發(fā)表。(記者 劉園園)

關(guān)鍵詞： 最大恒星級(jí)黑洞