日前，中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員劉繼峰領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)在世界上首次成功測(cè)量到X射線極亮天體的黑洞質(zhì)量，在該領(lǐng)域獲得重大突破，將增進(jìn)人們對(duì)黑洞及其周?chē)鷺O端物理過(guò)程的認(rèn)識(shí)。該研究成果11月28日發(fā)表在國(guó)際權(quán)威雜志《自然》上。

據(jù)介紹，自上世紀(jì)九十年代，天文學(xué)家陸續(xù)在遙遠(yuǎn)星系中發(fā)現(xiàn)了一批X射線光度極高的天體，它們可能是人們一直尋找的中等質(zhì)量黑洞，也可能是具有特殊輻射機(jī)制的幾個(gè)或幾十個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的恒星級(jí)黑洞。國(guó)際天文和天體物理界對(duì)此一直難以定論，眾說(shuō)紛紜。

“要確定這些天體是什么，關(guān)鍵與難點(diǎn)是通過(guò)動(dòng)力學(xué)方法測(cè)定其中心黑洞的質(zhì)量。這不僅可以解決關(guān)于這類(lèi)天體本質(zhì)的爭(zhēng)論，還可以增進(jìn)人們對(duì)黑洞形成、黑洞輻射機(jī)制的理解與認(rèn)知。”劉繼峰說(shuō)。

由于這類(lèi)天體距離我們十分遙遠(yuǎn)，通常為幾千萬(wàn)光年，同時(shí)X射線照射黑洞吸積盤(pán)而產(chǎn)生的光污染也非常強(qiáng)，因此測(cè)量極其困難。歐美學(xué)者多次利用世界最先進(jìn)的8至10米級(jí)光學(xué)／紅外望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，但均未獲得成功。盡管技術(shù)難度大，但由于其科學(xué)重要性和影響深遠(yuǎn)性，中心黑洞質(zhì)量的精確測(cè)量仍是學(xué)界孜孜以求的目標(biāo)，被譽(yù)為這一領(lǐng)域的“圣杯”。

劉繼峰團(tuán)隊(duì)通過(guò)精心設(shè)計(jì)研究方案，巧妙選取有特色的天體目標(biāo)，成功申請(qǐng)到位于美國(guó)夏威夷的8米大型雙子望遠(yuǎn)鏡以及10米凱克望遠(yuǎn)鏡各20小時(shí)的觀測(cè)時(shí)間，在三個(gè)月的時(shí)間跨度上對(duì)漩渦星系中X射線極亮源M101ULX-1進(jìn)行了研究，并確認(rèn)其中心天體為一個(gè)質(zhì)量與恒星可比擬的黑洞。

“我們選擇了一個(gè)合適的X射線極亮源進(jìn)行觀測(cè)研究，這是我們成功的關(guān)鍵。”劉繼峰說(shuō)，這個(gè)黑洞加伴星形成的黑洞雙星系統(tǒng)位于2200萬(wàn)光年之外，是人類(lèi)迄今發(fā)現(xiàn)的距離地球最遙遠(yuǎn)的黑洞雙星。

通過(guò)觀測(cè)伴星光譜的移動(dòng)，經(jīng)過(guò)模型計(jì)算，劉繼峰等最終推斷出了中心黑洞的質(zhì)量，這是國(guó)際上對(duì)X射線極亮源動(dòng)力學(xué)質(zhì)量的首次、也是唯一一例成功的測(cè)量。

此外，劉繼峰團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，過(guò)去天文學(xué)家對(duì)黑洞吸積的“經(jīng)典”研究結(jié)果難以解釋他們最新觀測(cè)到的現(xiàn)象，劉繼峰表示，“我們的研究結(jié)果突破了現(xiàn)有的理論框架范疇，如何對(duì)理論進(jìn)行進(jìn)一步擴(kuò)展，還有很多工作要做。”

（原載于《人民日?qǐng)?bào)》2013-11-29 第12版）