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內(nèi)容摘要：X射線雙星系統(tǒng)天鵝座X-1的黑洞質(zhì)量挑戰(zhàn)恒星演化模型神秘的地球uux.cn報道）據(jù)EurekAlert!：一項新的研究顯示，X射線雙星系統(tǒng)天鵝座X-1中的黑洞是如此巨大——其重約21個太陽質(zhì)量，因而挑

X射線雙星系統(tǒng)天鵝座X-1的黑洞質(zhì)量挑戰(zhàn)恒星演化模型
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)EurekAlert!：一項新的研究顯示，X射線雙星系統(tǒng)天鵝座X-1中的統(tǒng)天黑洞是如此巨大——其重約21個太陽質(zhì)量，因而挑戰(zhàn)了目前的鵝座恒星演化模型。黑洞的線雙星系質(zhì)量最終取決于其母恒星的屬性，并通常受到終其一生的統(tǒng)天因恒星風(fēng)而損失質(zhì)量的約束。如果黑洞與雙星伴星發(fā)生相互作用，鵝座該系統(tǒng)會發(fā)出X射線并有時會形成射電噴流，線雙星系后者會令該系統(tǒng)以X射線雙星形式見于電磁觀測。統(tǒng)天
對已知X射線雙星進(jìn)行的鵝座測量顯示，這些系統(tǒng)中的線雙星系黑洞質(zhì)量均低于20個太陽質(zhì)量（M☉），其中最大的統(tǒng)天為15-17 M☉。然而，鵝座對黑洞合并事件的線雙星系引力波探測則發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量更大的黑洞（上達(dá)50 M☉），它所揭示的統(tǒng)天這一差異挑戰(zhàn)了目前有關(guān)大質(zhì)量恒星黑洞形成的理論。在這里，鵝座James Miller-Jones和同事介紹了用超長基線陣列（VLBA）對天鵝座X-1的新觀察；天鵝座X-1是我們銀河系中的一個得到充分研究的恒星質(zhì)量黑洞。在2016年5月29日至6月3日間，他們用VLBA對天鵝座X-1進(jìn)行了6次觀測（每天1次）。
Miller-Jones等人用該新數(shù)據(jù)和存檔的觀測資料細(xì)化了到X射線雙星的距離并發(fā)現(xiàn)它比以前估計的距離更遠(yuǎn)，從而將該系統(tǒng)黑洞的推斷質(zhì)量提高到21 M☉。新的測量結(jié)果將天鵝座X-1確立為目前已知的由電磁探測發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量最大的恒星黑洞。據(jù)作者披露，對存在于銀河系中的質(zhì)量如此巨大的黑洞來說，在前身恒星演化時通過恒星風(fēng)所失去的質(zhì)量肯定會低于目前模型的預(yù)測。
相關(guān)報道：霍金打賭服輸?shù)暮诙粗匦戮_測量！自轉(zhuǎn)速度接近光速
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)新浪科技：北京時間2月19日凌晨，國際科學(xué)期刊《科學(xué)》（Science）雜志和《天體物理學(xué)報》（Astrophysical Journal）的三篇文章聯(lián)合發(fā)布了對歷史上發(fā)現(xiàn)的第一個恒星級黑洞——天鵝座X1（Cygnus X-1）的最新精確測量結(jié)果。
來自澳大利亞、美國和中國（中國科學(xué)院國家天文臺茍利軍研究員牽頭）的三個團(tuán)隊分別獨立對黑洞的距離、質(zhì)量、自旋及其演化做了最為精確的測量和限制，發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)包含了一個21倍太陽質(zhì)量的黑洞，并且其自轉(zhuǎn)速度極接近光速。這是迄今發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)的唯一一個黑洞質(zhì)量超過20倍太陽質(zhì)量且自轉(zhuǎn)如此之快的X射線雙星系統(tǒng)。其中，中國科學(xué)院國家天文臺茍利軍研究員及學(xué)生趙雪杉、鄭雪瑩為《科學(xué)》雜志論文的合作者，并作為第一作者及通訊作者在《天體物理學(xué)報》發(fā)表系列中關(guān)于黑洞自轉(zhuǎn)精確測量的文章。
天鵝座X1是一個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，還包含一個藍(lán)巨星。自從這個系統(tǒng)在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(lǐng)域的熱點。上世紀(jì)70年代，物理學(xué)家索恩和霍金也為此打賭，還立下了字據(jù)。直到上世紀(jì)90年代，越來越多的觀測證據(jù)表明這個系統(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，然而對于這個系統(tǒng)的性質(zhì)一直缺乏精確的測量。2011年，茍利軍研究員和合作者就對這顆黑洞的性質(zhì)首次做了一次精確測量的嘗試。當(dāng)時得出的結(jié)果是：這個黑洞系統(tǒng)與地球的距離為6067光年，質(zhì)量為14.8倍的太陽質(zhì)量，并且發(fā)現(xiàn)黑洞的視界面在以72%的光速轉(zhuǎn)動。
2013年，歐洲航空局的蓋亞（GAIA）衛(wèi)星發(fā)射升空，計劃對銀河系內(nèi)的10億顆恒星的距離進(jìn)行精確測量，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。在剛剛發(fā)表在《科學(xué)》上的文章中，來自澳大利亞柯廷大學(xué)的米勒-瓊斯教授所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)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(jìn)行測量和確認(rèn)。團(tuán)隊把新的觀測數(shù)據(jù)和之前的觀測數(shù)據(jù)相結(jié)合，同時消除了天鵝座X1的噴流運動所導(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倍的太陽質(zhì)量，精度為10%，這是X射線雙星系統(tǒng)中目前唯一一個主星質(zhì)量超過20倍太陽質(zhì)量的黑洞X射線雙星系統(tǒng)。
黑洞自轉(zhuǎn)僅僅影響靠近黑洞視界面大約幾百公里的范圍，所以需要利用位于此區(qū)域的吸積盤所產(chǎn)生的光子能量更高的X射線波段數(shù)據(jù)來推斷。茍利軍研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊結(jié)合新得到的距離和質(zhì)量的測量結(jié)果，分析了X射線光譜數(shù)據(jù)，從而對黑洞的自轉(zhuǎn)速度進(jìn)行了精確限制，相比之前的測量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)此次測量的黑洞轉(zhuǎn)動更加極端，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以如此高速度轉(zhuǎn)動的黑洞系統(tǒng)。詳細(xì)的分析過程發(fā)表在今天上線的《天體物理學(xué)報》上。同時，這一關(guān)于自旋的總結(jié)結(jié)果也在今天上線的《科學(xué)》文章中進(jìn)行了闡述。
系統(tǒng)參數(shù)完整并且高精度的測量使得團(tuán)隊可以對此系統(tǒng)的演化過程做出一個更嚴(yán)格的限制。同為《科學(xué)》文章合作者的澳大利亞莫納什大學(xué)的曼德爾教授領(lǐng)銜了另外一篇發(fā)表在《天體物理學(xué)報》上關(guān)于恒星演化的文章。這篇文章表明，要想形成如此重量并且轉(zhuǎn)動極快的黑洞，星風(fēng)損失應(yīng)該要比之前預(yù)計的小好幾倍，而此黑洞的前身星重達(dá)60倍的太陽質(zhì)量。
精確的系統(tǒng)參數(shù)測量也給我們提供了和引力波所探測到的黑洞進(jìn)行比較的機會。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制。
論文鏈接： （美國東部時間2月18日下午2點上線）
1.‘Cygnus X-1 contains a 21-solar mass black hole – implications for massive star winds’， published in Science on February 18th， 2021。
2.‘Reestimating the Spin Parameter of the Black Hole in Cygnus X-1’， published in The Astrophysical Journal on February 18th， 2021。
3.‘Wind mass-loss rates of stripped stars inferred from Cygnus X-1’， published in The Astrophysical Journal on February 18th， 2021。
相關(guān)報道：測量數(shù)據(jù)顯示天鵝座X-1系統(tǒng)包含一個質(zhì)量高于此前預(yù)期的巨大黑洞
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)cnBeta：天鵝座X-1系統(tǒng)一直被認(rèn)為包含了我們在沒有使用引力波探測器的情況下所探測到的最巨大的恒星質(zhì)量黑洞。該系統(tǒng)中的巨大黑洞的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的21倍。天鵝座X-1是距離地球最近的黑洞之一，最初發(fā)現(xiàn)于1964年。當(dāng)一枚亞軌道火箭從新墨西哥州發(fā)射時，發(fā)現(xiàn)了這個巨大的黑洞，火箭上有一對蓋格計數(shù)器。
有趣的是，這個特殊的黑洞是物理學(xué)家霍金和基普·索恩在1974年打賭的焦點。在那次打賭中，霍金把賭注押在這個物體不是黑洞上，并在1990年被迫認(rèn)輸。
在最新的研究黑洞的工作中，科學(xué)家們使用了一個巨大的射電望遠(yuǎn)鏡--甚長基線陣列，并采用了一種巧妙的技術(shù)來測量空間中的距離。
之所以選擇甚長基線陣列進(jìn)行研究，是因為它是一個巨大的射電望遠(yuǎn)鏡陣列，大小相當(dāng)于美國大陸 - 由分布在全美各地的10個天線組成。該項目的研究人員表示，從不同的位置觀看同一個物體，可以通過測量物體相對于背景移動的距離，計算出它與我們的距離。在六天的時間里，該團(tuán)隊觀測了黑洞的完整軌道，還使用了2011年同一望遠(yuǎn)鏡陣列的觀測數(shù)據(jù)。
利用新的方法和測量結(jié)果，研究小組發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)比之前認(rèn)為的更遠(yuǎn)，而且黑洞的質(zhì)量明顯高于預(yù)期。一位研究人員說，這個黑洞如此巨大，以至于它正在挑戰(zhàn)黑洞如何形成的理論。天鵝座X-1最初是一顆約為太陽質(zhì)量60倍的恒星，在數(shù)萬年前坍塌。
它每隔五天半就繞著一顆伴星運行一次，距離是地球和太陽的五分之一。通過新的測量結(jié)果，研究人員估計這個黑洞的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的20多倍，比之前的估計高出50%。測量結(jié)果還顯示，這個黑洞的旋轉(zhuǎn)速度非常接近光速，比迄今為止發(fā)現(xiàn)的其他黑洞都要快。