9月10日，《自然-天文學(xué)》（Nature?Astronomy）在線發(fā)表了中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員劉繼峰和副研究員王松、上海交通大學(xué)教授馮發(fā)波聯(lián)合主導(dǎo)完成的研究成果。該研究基于國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）與歐洲航天局蓋亞（Gaia）衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，運(yùn)用視向速度方法和天體測量方法，在雙星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了一顆位于黑洞質(zhì)量間隙的小質(zhì)量黑洞。

近60年來，天文學(xué)家基于傳統(tǒng)的X射線方法，證認(rèn)并測量了20余顆恒星級黑洞的質(zhì)量。它們的質(zhì)量分布為缺少3~5倍太陽質(zhì)量的黑洞。該區(qū)間被稱為黑洞質(zhì)量間隙。這與小質(zhì)量黑洞數(shù)量多于大質(zhì)量黑洞的黑洞形成理論預(yù)期大相徑庭。天文學(xué)家試圖通過修改超新星爆炸理論來解釋該質(zhì)量間隙。有研究認(rèn)為，超新星爆炸會(huì)更易瓦解包含小質(zhì)量黑洞的雙星系統(tǒng)，導(dǎo)致這一觀測效應(yīng)。盡管近年來激光干涉引力波天文臺(tái)觀測研究揭示了黑洞質(zhì)量間隙存在致密天體，而小質(zhì)量黑洞是否可以存在于雙星系統(tǒng)存在爭議。這類系統(tǒng)中的雙星可能無相互作用，因而沒有X射線輻射，但可以通過視向速度方法和天體測量方法進(jìn)行搜索。

該研究基于LAMOST光譜數(shù)據(jù)和Gaia的天體測量數(shù)據(jù)，在雙星系統(tǒng)G3425中發(fā)現(xiàn)了一顆小質(zhì)量恒星級黑洞。該雙星系統(tǒng)中，可見星為一顆質(zhì)量約為2.7倍太陽質(zhì)量的紅巨星，而不可見星的質(zhì)量約為3.6倍太陽質(zhì)量。光譜分解顯示，除紅巨星的光譜外，G3425不包含來自其他成分的光譜，證明了該不可見天體為一顆黑洞，也表明了包含小質(zhì)量黑洞的雙星系統(tǒng)是可以存在的。結(jié)合引力波等方法發(fā)現(xiàn)的小質(zhì)量黑洞系統(tǒng)，研究認(rèn)為質(zhì)量間隙可能是單一觀測方法所致的選擇效應(yīng)。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，G3425系統(tǒng)的軌道周期約為880天，軌道橢率接近為0。如此寬圓軌道的雙星形成機(jī)制對當(dāng)前的雙星演化和超新星爆炸理論提出了挑戰(zhàn)。

Gaia天體測量數(shù)據(jù)分析確認(rèn)了LAMOST發(fā)現(xiàn)的黑洞，給出了雙星軌道的傾角，進(jìn)而測量到黑洞的絕對質(zhì)量，使得科學(xué)家可以確信它是在質(zhì)量間隙內(nèi)的黑洞。這一發(fā)現(xiàn)證明了視向速度方法和天體測量方法的結(jié)合可以幫助科研人員發(fā)現(xiàn)包括黑洞和行星在內(nèi)的大量暗天體，并揭示其形成與演化的奧秘。

論文鏈接

G3425雙星想象圖