X射線雙星系統(tǒng)天鵝座X1是不是黑洞?霍金曾說(shuō)，它不是!為此，他還專門(mén)與人打賭。

2月19日，《科學(xué)》雜志和《天體物理學(xué)報(bào)》上線的三篇文章聯(lián)合發(fā)布了對(duì)歷史上發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)恒星級(jí)黑洞——天鵝座X1的最新精確測(cè)量結(jié)果。來(lái)自澳大利亞、美國(guó)和中國(guó)的三個(gè)團(tuán)隊(duì)分別獨(dú)立對(duì)黑洞天鵝座X1的距離、質(zhì)量、自轉(zhuǎn)及其演化做了最為精確的測(cè)量和限制，發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)包含了一個(gè)21倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，并且其自轉(zhuǎn)速度極快接近光速。這是迄今發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)的唯一一個(gè)黑洞質(zhì)量超過(guò)20倍太陽(yáng)質(zhì)量且自轉(zhuǎn)如此之快的X射線雙星系統(tǒng)。

天鵝座X1是一個(gè)X射線雙星系統(tǒng)，除了包含能夠產(chǎn)生X射線源的致密星之外，還包含一個(gè)藍(lán)巨星。“自從這個(gè)系統(tǒng)在1964年被美國(guó)探空火箭首次發(fā)現(xiàn)以來(lái)，其中致密天體究竟是黑洞還是中子星的問(wèn)題一直是高能天體物理研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。”中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員茍利軍說(shuō)。

對(duì)致密天體究竟是黑洞還是中子星，上世紀(jì)70年代，物理學(xué)家索恩和霍金還專門(mén)打賭，并立下字據(jù)。直到上世紀(jì)90年代，越來(lái)越多的觀測(cè)證據(jù)表明這個(gè)系統(tǒng)中心應(yīng)該是黑洞，霍金才簽字表示認(rèn)賭服輸。

盡管霍金已經(jīng)認(rèn)輸，然而對(duì)于這個(gè)系統(tǒng)的性質(zhì)一直缺乏精確的測(cè)量。2011年，茍利軍研究員和合作者就對(duì)這顆黑洞的性質(zhì)首次做了一次精確測(cè)量的嘗試。當(dāng)時(shí)得出的結(jié)果是：這個(gè)黑洞系統(tǒng)與地球的距離為6067光年，質(zhì)量為14.8倍的太陽(yáng)質(zhì)量，并且發(fā)現(xiàn)黑洞的視界面在以72%的光速轉(zhuǎn)動(dòng)。

2013年，歐洲航空局的蓋亞衛(wèi)星發(fā)射升空，計(jì)劃對(duì)銀河系內(nèi)的10億顆恒星的距離進(jìn)行精確測(cè)量，當(dāng)然也包括天鵝座X1在內(nèi)的X射線雙星。結(jié)果，蓋亞衛(wèi)星所給出的天鵝座X1的距離要比之前的距離遠(yuǎn)一些，大約為7100光年。

澳大利亞柯廷大學(xué)教授米勒-瓊斯所領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，利用美國(guó)的甚長(zhǎng)基線干涉陣列，通過(guò)三角視差方法對(duì)天鵝座X1的距離再次進(jìn)行測(cè)量和確認(rèn)。團(tuán)隊(duì)把新的觀測(cè)數(shù)據(jù)和之前的觀測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，同時(shí)消除了天鵝座X1的噴流運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差效應(yīng)之后，最終得到了天鵝座X1黑洞的最新距離，這一結(jié)果為7240光年，精度達(dá)到8%，這個(gè)距離和蓋亞衛(wèi)星給出的距離完全一致。

在此基礎(chǔ)之上，合作團(tuán)隊(duì)重新分析光學(xué)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)黑洞質(zhì)量增加了50%，增加到了21倍的太陽(yáng)質(zhì)量，精度為10%，這是X射線雙星系統(tǒng)中目前唯一一個(gè)主星質(zhì)量超過(guò)20倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞X射線雙星系統(tǒng)。

結(jié)合新得到的距離和質(zhì)量的測(cè)量結(jié)果，我國(guó)天文學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)分析了X射線光譜數(shù)據(jù)，從而對(duì)黑洞的自轉(zhuǎn)速度進(jìn)行了精確限制，相比之前的測(cè)量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)此次測(cè)量的黑洞轉(zhuǎn)動(dòng)更加極端，黑洞視界面正在以至少95%的光速自轉(zhuǎn)，這也是目前已知的唯一一個(gè)以如此高速度轉(zhuǎn)動(dòng)的黑洞系統(tǒng)。

系統(tǒng)參數(shù)完整并且高精度的測(cè)量使得研究人員可以對(duì)此系統(tǒng)的演化過(guò)程做出一個(gè)更嚴(yán)格的限制。澳大利亞莫納什大學(xué)教授曼德?tīng)柕难芯匡@示，要想形成如此重量并且轉(zhuǎn)動(dòng)極快的黑洞，星風(fēng)損失應(yīng)該要比之前預(yù)計(jì)的小好幾倍，而此黑洞的前身星可能重達(dá)60倍的太陽(yáng)質(zhì)量。

茍利軍表示，精確的系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量也給我們提供了和引力波所探測(cè)到的黑洞進(jìn)行比較的機(jī)會(huì)。天鵝座X1的自轉(zhuǎn)極快，這和引力波所發(fā)現(xiàn)的黑洞系統(tǒng)表現(xiàn)出完全不同的轉(zhuǎn)動(dòng)特征，這也意味著此系統(tǒng)很有可能與引力波系統(tǒng)有著完全的不同形成機(jī)制。

◎記者 陸成寬

關(guān)鍵詞： 首個(gè)恒星級(jí)黑洞