11月28日，记者从中科院国家天文台获悉，中国天文学家利用郭守敬望远镜（LAMOST）发现了一颗迄今为止最大质量的恒星级黑洞LB-1，并提供了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法。这颗近70倍太阳质量的超大恒星级黑洞远远超过了理论预言的质量上限，或将改写恒星演化和黑洞形成理论。

LB-1的艺术想象图（喻京川绘）

　　该成果由中科院国家天文台研究员刘继峰、张昊彤研究团队发现，并于28日凌晨在国际顶尖科学期刊《自然》在线发表。

　　“黑洞之王”或挑战恒星演化理论

　　黑洞是一种本身不发光的神秘天体。任何物质，包括光也无法从它身边逃离。天文学家根据黑洞质量的不同，将黑洞分为恒星级黑洞(100倍太阳质量以下)、中等质量黑洞(100-10倍万太阳质量)和超大质量黑洞(10倍万太阳质量以上)。

　　恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的，是宇宙中广泛存在的“居民”。一颗恒星演化到最后如果剩下的质量太多（大于3倍太阳质量），就会在巨大引力作用下持续塌缩，最终形成黑洞。

　　中科院国家天文台研究员、论文第一作者刘继峰介绍，根据目前恒星演化模型，在太阳金属丰度下，最大只能形成25倍太阳质量的黑洞。而现在，研究团队却在太阳金属丰度环境下发现了一颗近70倍太阳质量的黑洞。

　　“LB-1黑洞的质量已经进入了现有恒星演化理论的‘禁区’，这可能意味着有关恒星演化形成黑洞的理论将被迫改写，或者某种黑洞形成机制此前被忽视。”刘继峰表示。

　　LIGO台长大卫·雷茨表示，“这一非凡的成果，将与过去四年里LIGO及Virgo探测到的双黑洞并合事件一起，推动黑洞天体物理研究的复兴”。

　　LAMOST功不可没，为寻找黑洞再添一法

　　刘继峰介绍，科学家们通过识别黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来寻找黑洞，在过去的50年里，用这种方法发现了约20颗黑洞，质量在3~20倍太阳质量之间。“按照理论预测，银河系中应该有上亿颗恒星级黑洞，但在黑洞双星系统中，能够发出X射线辐射的只占一小部分”。

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

　　找到新的方法，发现数量巨大、没有X射线辐射的黑洞，成了天文学界近年来研究的热点和难点。

　　刘继峰介绍，2016年秋季开始，研究团队利用LAMOST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，LAMOST拥有4000根光纤，一次能观测近4000个天体。2019年3月，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，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。

　　还有另外的可能：三体系统中的双黑洞

　　近70倍太阳质量的黑洞大大超出了当前理论模型的演化结果，还有别的可能吗？

　　刘继峰表示，另一种可能性，LB-1中的黑洞或许不是由一颗恒星坍缩形成的。他解释，LB-1可能最初是一个三体系统，观测到的B型星位于最外轨道，是质量最小的组成部分，而现在的黑洞是由最初内部的双星形成的双黑洞并合而成。

　　按照研究团队的猜想，甚至LB-1的主星目前可能仍然为两个黑洞，它们彼此绕转形成一个双星，而观测到的B型星是第三伴星。“在这种情形下，该系统将是黑洞并合事件的绝佳候选体，并为研究三体系统中双黑洞形成提供了独一无二的实验室。”刘继峰补充说。

　　据了解，此次发现是基于LAMOST（中国兴隆）、加纳利大望远镜（西班牙加纳利群岛）、凯克望远镜（美国夏威夷）和钱德拉X射线天文台（美国）的观测数据完成的。本研究共包括55位作者，来自中国、美国、西班牙、澳大利亚、意大利、波兰和荷兰7个国家28家单位。