LAMOST发现迄今最大的恒星级黑洞？

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朋友圈已经被刷爆了，高能天体物理领域近日最热的一篇文章
给大家一个nature链接：a wide star-blackhole binary system from radial-velocity measurements
我试着分析一下这篇文章的科学意义吧。
这次的黑洞，发现手段上和传统的方法基本一致。我们观测到了伴星的光谱和一条(应该)来自黑洞的谱线。伴星的光谱类型能够确定伴星类型，从而获知伴星质量；伴星和黑洞相互绕转，使得两颗星相对观测者都产生了周期性的视向速度变化，视向速度会造成多普勒频移，通过测量两颗星谱线的频移可以获知黑洞与伴星的速度比。速度比即质量比的倒数，伴星质量之前已经确定，于是黑洞的质量就被推导出来了。
比较特别的是黑洞的质量。近70倍的太阳质量，这是远远超出现有的恒星级黑洞形成机制所给出的质量上限的，这就需要我们对这个超重怪物做出合理的解释。
在大质量恒星的演化过程中，恒星物质的金属丰度是一个极其重要的因素。简单地来说，金属丰度越高巨星阶段的星风就越强烈，恒星的物质损失就越剧烈。目前的模型中，恒星的质量最大可以超过百倍太阳质量，但是最终形成的黑洞质量却一般只有十几倍的太阳质量，这当中相当一部分质量差就是在恒星演化到巨星阶段时被强烈的星风吹跑的。最严重的情况下，恒星内核进行重元素的聚变时，产生的巨大能量会把由较轻元素组成的恒星外壳全部吹飞！当然，如果组成恒星的初始物质的金属丰度非常低，比如在宇宙形成之初的阶段，那么星风损失就不会很大，最终的黑洞质量就可以很大。
于是乎，对于这个近70倍太阳质量的超重黑洞，我们就可以做出一些合理的猜测了。首先一种情况就是这个黑洞的前体恒星的金属丰度很低，所以星风损失很小，使得它在形成黑洞时能够保留很多质量。如果是这样，那么和它一同形成的伴星的组成物质也应有较小的金属丰度。另一个故事版本就是这颗黑洞不是一步形成的，而是由较小质量的黑洞合并得到；我们所观测到的伴星是黑洞后来“俘获”的。如果是这样，伴星的行为可能会给我们留下蛛丝马迹。
当然，以上两种猜测都是在已有的理论框架下做出的推断，也有可能现有的恒星理论并不正确。但是鉴于恒星演化理论是天体物理中少有的较为完备的成体系的理论(天文学领域目前充斥着各种破碎的唯象的学说，是一个不成熟的学科)，我们还是期望尽量不要对它做大的改动。
科学家之前也有观测到过类似质量的黑洞，不过那些都是未能找到电磁对应体的引力波事件。此次的黑洞，是我们第一个观测到的存在电磁对应体的大黑洞，这意味着我们有机会利用后续的观测对它做充分的研究。通过解剖这个个例，科学家有望获知数十倍太阳质量的黑洞的形成过程，从而使得之前所观测到的一系列较大质量的黑洞的引力波事件做出解释，补上从恒星形成的黑洞到较大质量的黑洞之间缺失的那块拼图。

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第二梯队，但距离第一梯队NASA和ESA还有巨大的差距。
多扯几句吧：《天文爱好者》这本杂志从2005年订到了现在。
2005年之后的头几年，专题文章和天象时讯基本都是外国天文学家的成果。想要看到中国人的影子，要么是寻彗（业余爱好者，看运气），要么就是打了一个探测器的专题文章。
到了最近，基本每期都能看到几篇中国天文学家的研究成果（占总数的约20%），其中科研成果和LAMOST相关的大概一半。

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这个成果是国家天文台刘继峰团队的第三篇Nature。刚好前不久刘继峰老师荣获首届腾讯「科学探索奖」，当时我对他前两篇Nature成果做了介绍，可以移步下列回答具体了解：
2019 年腾讯「科学探索奖」公布，获奖的 50 位中国青年科学家有哪些贡献？简单讲一下这次这篇。
1、拿什么发现的

LAMOST，也就是郭守敬望远镜，原来叫「大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜」。
中国目前唯一的一架4-6米级光学天文望远镜，2009年出光。凭借独一无二的设计，能够同时捕获3000多个目标天体的光谱，是全世界获取天体光谱效率最高的一台望远镜。
LAMOST在建成后有段时间因为一些设计缺陷、所在台址（河北兴隆）不够理想等问题，受到国内很多天文学家的诟病。不过近年来天文学家”就锅下菜“，在LAMOST能力范围内仍旧做出了很多重要成果。
2、怎么发现的

很多双星系统无法通过直接成像被分辨开，尤其是当其中一方非常暗淡、不能被拍到的话。
但是双星互相绕转时，二者相对于地球会周期性前后晃动，通过光谱观测，监测这种前后晃动的多普勒效应，就可以识别出双星系统。
这是很常规的用来发现或证认双星系统的方法，自然不会被LAMOST放过。
所以2016年，LAMOST接近完成为期5年的最基础的巡天（也就是只记录光谱，不看随时间的变化）之后，开始用一部分观测时间，对一些目标进行持续多次观测，有意识去寻找那种因为双星相互绕转而产生的多普勒效应。
而这个多次监测选择的天区，是所谓的”K2“天区：也就是开普勒望远镜在姿态控制装置失灵之后，指向在天空中不断漂移这个阶段扫过的天区。开普勒望远镜是一架测光精度非常高的空间望远镜，也是目前发现系外行星最多的望远镜，在它扫过的天区进行光谱巡天，是很自然的思路。
在这一波LAMOST视向速度监测中，发现了一个很有意思的天体 LB-1：
乍看上去，它的光谱和 B3 到 A1 的恒星光谱模板非常像，所以这里应该有一颗类似织女星的恒星。
但是跟正常恒星不一样的是，它还有一条非常强的氢发射线 Hα ——
而且在连续监测中发现，恒星的特征吸收线，比如右边中间的这条氦线，随时间左右飘摇；而那条诡异的氢的强发射线，却几乎静止不动！
这说明，有一个几乎静止不动的很大质量的天体，发出强烈的氢发射线，周围有一个大约8倍太阳质量的恒星在绕着它转。
在后续用国际上两台十米级大望远镜进行的后续观测中，这两个天体相互绕转的细节被精确地确定下来：发射氢线的那个大质量中心天体的视向速度，最大只有6.4km/s；而绕着它转的那个天体的视向速度，则可以达到52.8km/s，相差8倍多。
而视向速度的比值就是双星成员的质量比值，这样算出来，那个发出强烈氢线的天体，质量高达68个太阳质量。
这只能是黑洞了。
3、「最大质量」

这两年产出恒星质量黑洞的最大“工厂”，无疑是激光干涉引力波探测器组合，LIGO + Virgo。
上图展示截止到2018年底的引力波事件中，双黑洞合并前各自的质量及合并后的总质量。
虽然今年又有不少引力波事件，不过目前通过引力波方法找到的最大质量的黑洞，仍然是2017年的GW170729事件：最终合并得到的黑洞质量达到80个太阳质量。
——等一下，这怎么比这次新闻发布的68个太阳质量还要大呢？那这次还能叫「迄今最大」吗？
我觉得这要看怎么定义“发现”。
引力波事件发现的黑洞，只能定位到一片非常广阔的天区范围内，因为双黑洞并合没有电磁波事件对应，你甚至根本不可能找到这个黑洞到底在哪——只听到啾的一声，就没了，后面想再看看也看不着。
而LAMOST发现的这个LB-1，则是明明白白定位到了黑洞所在的具体位置，而且我们可以继续对它进行研究——这样才能对恒星演化理论、黑洞形成理论作出具体的限制，才有更大的科学意义。
所以这次发现的主要对标对象，是其他用引力波之外传统天文观测手段发现的银河系内恒星质量黑洞：其中质量最大的，也只有16个太阳质量左右。
所以说这是“发现迄今最大的恒星级黑洞”，我觉得也没问题。
4、什么水平

如前所述，LAMOST算是第一次，中国天文学家有了在某些性能世界领先的天文观测设备。
用这样的设备，天文学家就可以不用整天琢磨怎么用歼八偷袭F22，而是可以直接用性能碾压过去。
但是我们不能指望一架J20去对抗西太所有美军，我们也不能满足于一台优秀的LAMOST。
在中国天文学家的武库中，还应该有能高效进行全天大视场测光的4-6米级巡天望远镜，还应该有10米级通用光学望远镜，应该有30米级超大地基望远镜，应该有50米级大型毫米波望远镜、不输ALMA的大型亚毫米波干涉阵、多架100米级全可动射电望远镜，应该有超越哈勃的大型空间望远镜和巡弋整个太阳系的无人探测器……
恩，祝祖国繁荣昌盛。钢铁洪流进行曲请来一个。
关于本次研究的科学意义，对现有黑洞形成理论的挑战等，推荐本问题下的其他回答：
如何看待我国天文学家用 LAMOST 发现迄今最大的恒星级黑洞？意味着我国天文观测进入到哪一个水平了？

redfree

巡天大法好啊！真就“把地上打上格子一个一个格子找总能找到些东西”……
但实际上天文史上找芝麻的时候捡个西瓜的事情确实不罕见。我们的天文学的科研设施欠债太多了，在拉磨以前我们甚至没有一样能拿得出手的镜子。拉磨虽然性能严重不如预期，但好歹还能凑合用，我们的科研人员利用它发现这么一个具有一定颠覆性的成果可喜可贺。
这个事儿吹一吹是没问题的，但我比较担心的是我们的媒体总习惯于强调所谓“大国重器”的作用，而往往科研人员的辛苦付出会被“大国重器”的光环所掩盖，但实际上此发现并不能说明lamost项目工程上的成功（原设计是为了河外星系，而造出来实际上完全不具备河外星系的观测能力，只能做银河系巡天）。此次的发现算是对科研人员辛苦付出的一个很好回报吧。
所以建议更多还是应该注重于对科研人员的褒奖，避免将一个工程上失败的案例吹成多么成功的大国重器。
真正的大国重器还是我们的科研人员不是吗？

李焕发

我国天文学家用Lamost发现目前最大的恒星级黑洞是非常可喜的事情，但是不能意味着天文观测进入到哪个水平。
毫无疑问，中国本土天文观测设备目前几乎是全方位落后于世界一流观测设备的，Lamost本身也是一个低配版的SDSS，因为河外巡天能力非常差，因此将观测目标转为河内巡天。希望下一代的中国天文设备能够赶英超美，用一流的天文设备和学术环境吸引更多的天文人才来中国工作。