中新網北京2月19日電 (記者 孫自法)中國科學院國家天文臺最新消息，中外三個科研團隊分別對歷史上發(fā)現(xiàn)的第一個恒星級黑洞——天鵝座X1(Cygnus X-1)的距離、質量、自旋及其演化作出最為精確的測量和限制，發(fā)現(xiàn)該X射線黑洞雙星系統(tǒng)包含一個21倍太陽質量的黑洞，且自轉速度極接近光速。

　　這是科學家迄今發(fā)現(xiàn)并確認的唯一一個黑洞質量超過20倍太陽質量、且自轉如此之快的X射線雙星系統(tǒng)。

　　北京時間2月19日凌晨，這項由澳大利亞、美國和中國的三個團隊分別獨立完成的重要天文研究成果，在國際科學期刊《科學》和《天體物理學報》以三篇論文聯(lián)合發(fā)表。其中，中科院國家天文臺茍利軍研究員及學生趙雪杉、鄭雪瑩為《科學》論文合作者，并作為第一作者及通訊作者在《天體物理學報》發(fā)表關于黑洞自轉精確測量的論文。

　　曾讓霍金認賭服輸

　　天鵝座X1是一個X射線雙星系統(tǒng)，除包含能夠產生X射線源的致密星之外，還包含一個藍巨星。

　　該系統(tǒng)自1964年被美國探空火箭首次發(fā)現(xiàn)以來，其中致密天體究竟是黑洞還是中子星的問題，一直是高能天體物理研究領域的熱點。

　　上世紀70年代，物理學家索恩和霍金曾為此立下字據打賭。直到上世紀90年代，越來越多的觀測證據表明該系統(tǒng)中心應該是黑洞，霍金才簽字表示認賭服輸。

　　精確測量“一波三折”

　　不過，這個黑洞雙星系統(tǒng)的性質此前一直缺乏精確的測量。2011年，茍利軍和合作者對這顆黑洞的性質首次進行精確測量嘗試，當時得出的結果是：這個黑洞系統(tǒng)與地球的距離為6067光年，質量為14.8倍的太陽質量，并且發(fā)現(xiàn)黑洞的視界面在以72%的光速轉動。

　　2013年，歐洲空間局的蓋亞(GAIA)衛(wèi)星發(fā)射升空，計劃對銀河系包括天鵝座X1在內的10億顆恒星的距離進行精確測量，其給出天鵝座X1的距離約為7100光年。

　　最新發(fā)表于《科學》的論文中，澳大利亞柯廷大學米勒-瓊斯教授領導團隊利用美國的甚長基線干涉陣列(VLBA)，通過三角視差方法對天鵝座X1的距離再次進行測量和確認。他們把新的觀測數(shù)據和之前的觀測數(shù)據相結合，同時消除了天鵝座X1的噴流運動所導致的系統(tǒng)誤差效應之后，最終得到天鵝座X1黑洞的最新距離為7240光年，精度達到8%。

　　在此基礎之上，合作團隊重新分析光學數(shù)據，發(fā)現(xiàn)該黑洞質量增加50%，增至21倍太陽質量，精度為10%。這也成為X射線雙星系統(tǒng)中，目前唯一一個主星質量超過20倍太陽質量的黑洞X射線雙星系統(tǒng)。

　　精確限制自轉速度

　　黑洞自轉僅僅影響靠近黑洞視界面大約幾百公里的范圍，所以，其自轉速度需要利用位于此區(qū)域的吸積盤所產生的光子能量更高的X射線波段數(shù)據來推斷。

　　茍利軍團隊結合新得到的距離和質量的測量結果，通過分析X射線光譜數(shù)據，從而實現(xiàn)對黑洞自轉速度的精確限制，相比之前的測量結果，發(fā)現(xiàn)此次測量的天鵝座X1黑洞轉動更加極端，黑洞視界面正在以至少95%的光速自轉，這也是目前已知的唯一一個以如此高速度轉動的黑洞系統(tǒng)。

　　與引力波探測比較

　　系統(tǒng)參數(shù)完整并且高精度的測量，也使得研究團隊可以對天鵝座X1黑洞雙星系統(tǒng)的演化過程做出一個更嚴格的限制。澳大利亞莫納什大學曼德爾教授領銜團隊發(fā)表恒星演化論文稱，要想形成如此重量并且轉動極快的黑洞，星風損失應該要比之前預計的小好幾倍，而此黑洞的前身星重達60倍的太陽質量。

　　茍利軍研究員表示，精確的系統(tǒng)參數(shù)測量也給科學家提供了和引力波所探測到的黑洞進行比較的機會。天鵝座X1的自轉極快，它和引力波所發(fā)現(xiàn)的黑洞系統(tǒng)表現(xiàn)出完全不同的轉動特征，這也意味著該X射線雙星系統(tǒng)很有可能與引力波系統(tǒng)有著完全的不同形成機制。(完)