中國天文學家在郭守敬望遠鏡時域巡天中狩獵緻密天體

中國科學院國家天文台研究人員單素素博士等人聯合北京師範大學、曼徹斯特大學的研究人員利用郭守敬望遠鏡時域巡天數據開展黑洞和中子星等緻密天體的搜尋計劃，發現一個特殊的單線光譜雙星系統LTD064402+245919。該雙星系統由一顆亞巨星和一顆看不見的天體組成。這是繼2019年劉繼峰等人利用新方法證認一顆平靜態的恆星級黑洞之後，研究人員借助郭守敬望遠鏡數據優勢在狩獵緻密天體方面取得的又一項重要成果，這也是郭守敬望遠鏡黑洞獵手計劃中的一項重要進展。

黑洞神秘詭譎，人類對其知之甚少。傳統上恆星級黑洞的發現大多基於X射線暫現源。目前，觀測上已經確認的恆星級黑洞約二十個，侯選體約一百個。而恆星演化理論預言銀河系內應該會有上億顆黑洞。而在黑洞雙星系統中，能夠發出X射線輻射的只佔很小一部分。如何找到新的方法，去發現數量巨大、沒有X射線輻射的黑洞，成為了天文學界近年來的研究熱點和難點。 2019年劉繼峰等人利用郭守敬望遠鏡光譜視向速度變化方法，在光學波段證認了大質量恆星級黑洞LB-1，為恆星級黑洞的發現提供新的手段。新的觀測方式有望揭露黑洞的新特徵，為解開恆星級黑洞樣本缺失的謎團提供可能。

利用光譜視向速度從單線光譜雙星中來證認恆星級黑洞，打破了依賴於X射線搜尋黑洞的觀測限制。因此該方法對於搜尋那些雙星系統中X射線平靜態的黑洞是非常有效的。結合光譜視向速度監測和時域測光數據聯合限制的雙星參數信息可以判定，如果雙星系統含有一個比較大質量的不可見質量天體，那該系統很可能含有一個緻密天體侯選體。如果不可見天體質量大於三個太陽質量，則很有可能是黑洞候選體。

研究人員獨立開發了全鏈條軟件來搜尋和解析單線光譜雙星系統的物理參數，並在郭守敬望遠鏡數據中發現一顆特殊的單線光譜雙星系統LTD064402+245919。通過研究其光變曲線發現該系統為密接雙星，且週期較長，為14.5天。可見星的質量約為2.77個太陽質量，半徑為15.5個太陽半徑，有效溫度約為4500K。研究人員利用視向速度曲線和光變曲線聯合限制質量方程，得到該雙星系統中的可見星與不可見星的質量比為0.73，在不限制未知星種類時，這個神秘天體的質量約為2.02個太陽質量。研究人員對該系統的光譜進行了分光處理，蒙特卡羅模擬表明，隨著郭守敬望遠鏡觀測時間的積累，信噪比提高三倍，將可進一步辨認這個不可見天體的類型。

單線光譜雙星LTD064402+245919的系統研究是利用郭守敬望遠鏡光學波段時域數據搜尋緻密天體（黑洞，中子星等）的創新探索。隨著郭守敬望遠鏡龐大時域光譜數據的積累，結合本工作開發的搜尋證認緻密天體的軟件工具，有望發現更多的緻密天體候選體，為進一步研究黑洞、中子星等緻密天體的性質和起源奠定基礎。

【圖：英國華威大學；文：節錄自中國科學院國家天文台2022年1月7日新聞公佈；新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2021年12月24日出版的《天體物理學報》；標題是：LTD064402+245919: A Subgiant with a 1–3 M⊙ Undetected Companion Identified from LAMOST-TD Data