澳美中三國天文學家聯合對歷史上第一個X射線黑洞雙星系統作出更精確測量

來自澳洲、美國和中國（中國科學院國家天文台苟利軍研究員牽頭，學生趙雪杉和鄭雪瑩參與）的三個團隊分別獨立對黑洞的距離、質量、自轉及演化做了最為精確的測量和限制，發現此系統包含了一個二十一倍太陽質量的黑洞，並且它的自轉速度極接近光速。這是到目前為止發現並確認的唯一一個黑洞質量超過二十倍太陽質量，且自轉如此之快的X射線雙星系統。

天鵝座X1是一個X射線雙星系統，除了包含能夠產生X射線源的緻密星之外，還包含一顆藍巨星。自從這個系統在1964年由美國探空火箭首次發現以來，其中緻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（Kip Throne）和霍金也為此打賭，還立下了字據。直到上世紀9Kip0年代，越來越多的觀測證據表明這個系統中心應該是黑洞，霍金才簽字表示認賭服輸。

儘管霍金已經認輸，然而對於這個系統的性質一直缺乏精確的測量。2011年，苟利軍研究員和合作者就對這顆黑洞的性質首次做了一次精確測量的嘗試。當時得出的結果是：這個黑洞系統與地球的距離為6,067光年，質量為14.8倍的太陽質量，並且發現黑洞的視界面在以72%的光速轉動。

2013年，歐洲太空總署航的蓋亞（ Gaia ）衛星發射升空，計劃對銀河系內的十億顆恆星的距離進行精確測量，當然也包括天鵝座X1在內的X射線雙星。結果，蓋亞衛星所給出的天鵝座X1的距離要比之前的距離遠一些，大約為7,100光年。來自澳洲科廷大學（Curtin University）的米勒-鍾斯（Miller-Jones）教授所領導的團隊，利用美國的甚長基線干涉陣列，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。

團隊把新的觀測數據和之前的觀測數據相結合，同時消除了天鵝座X1的噴流運動所導致的系統誤差效應之後，最終得到了天鵝座X1黑洞的最新距離，這個結果為7,240光年，精度達到8% ，這個距離和蓋亞衛星給出的距離完全一致。在此基礎之上，合作團隊重新分析光學數據，發現黑洞質量增加了50% ，增加到了二十一倍的太陽質量，精度為10% ，這是X射線雙星系統中目前唯一一個主星質量超過二十倍太陽質量的黑洞X射線雙星系統。

黑洞自轉僅僅影響靠近黑洞視界面大約幾百公里的範圍，所以需要利用位於此區域的吸積盤所產生的光子能量更高的X射線波段數據來推斷。苟利軍研究員領導的研究團隊結合新得到的距離和質量的測量結果，分析了X射線光譜數據，從而對黑洞的自轉速度進行了精確限制，相比之前的測量結果，發現此次測量的黑洞轉動更加極端，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。

【圖：國際射電天文學研究中心；文：節錄自中國科學院國家天文台2021年2月19日新聞公佈；新聞訊息由林景明提供】這段新聞與「香港天文」2月19日刊登的《有史以來發現的第一個黑洞比我們想像中還要巨大》報導相同，是由國家天文台敘述，作為上述新聞的補充資料。