X射線雙星系統天鵝座X-1的黑洞質量挑戰恒星演化模型
（神秘的地球uux.cn報道）據EurekAlert!：一項新的研究顯示，X射線雙星系統天鵝座X-1中的統天黑洞是如此巨大——其重約21個太陽質量，因而挑戰了目前的鵝座恒星演化模型。黑洞的線雙星系質量最終取決于其母恒星的屬性，并通常受到終其一生的統天因恒星風而損失質量的約束。如果黑洞與雙星伴星發生相互作用，鵝座該系統會發出X射線并有時會形成射電噴流，線雙星系后者會令該系統以X射線雙星形式見于電磁觀測。統天
對已知X射線雙星進行的鵝座測量顯示，這些系統中的線雙星系黑洞質量均低于20個太陽質量（M☉），其中最大的統天為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現了質量更大的黑洞（上達50 M☉），它所揭示的統天這一差異挑戰了目前有關大質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進行了6次觀測（每天1次）。
Miller-Jones等人用該新數據和存檔的觀測資料細化了到X射線雙星的距離并發現它比以前估計的距離更遠，從而將該系統黑洞的推斷質量提高到21 M☉。新的測量結果將天鵝座X-1確立為目前已知的由電磁探測發現的質量最大的恒星黑洞。據作者披露，對存在于銀河系中的質量如此巨大的黑洞來說，在前身恒星演化時通過恒星風所失去的質量肯定會低于目前模型的預測。
相關報道：霍金打賭服輸的黑洞重新精確測量！自轉速度接近光速
（神秘的地球uux.cn報道）據新浪科技：北京時間2月19日凌晨，國際科學期刊《科學》（Science）雜志和《天體物理學報》（Astrophysical Journal）的三篇文章聯合發布了對歷史上發現的第一個恒星級黑洞——天鵝座X1（Cygnus X-1）的最新精確測量結果。
來自澳大利亞、美國和中國（中國科學院國家天文臺茍利軍研究員牽頭）的三個團隊分別獨立對黑洞的距離、質量、自旋及其演化做了最為精確的測量和限制，發現此系統包含了一個21倍太陽質量的黑洞，并且其自轉速度極接近光速。這是迄今發現并確認的唯一一個黑洞質量超過20倍太陽質量且自轉如此之快的X射線雙星系統。其中，中國科學院國家天文臺茍利軍研究員及學生趙雪杉、鄭雪瑩為《科學》雜志論文的合作者，并作為第一作者及通訊作者在《天體物理學報》發表系列中關于黑洞自轉精確測量的文章。
天鵝座X1是一個X射線雙星系統，除了包含能夠產生X射線源的致密星之外，還包含一個藍巨星。自從這個系統在1964年被美國探空火箭首次發現以來，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域的熱點。上世紀70年代，物理學家索恩和霍金也為此打賭，還立下了字據。直到上世紀90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。
盡管霍金已經認輸，然而對于這個系統的性質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6067光年，質量為14.8倍的太陽質量，并且發現黑洞的視界面在以72%的光速轉動。
2013年，歐洲航空局的蓋亞（GAIA）衛星發射升空，計劃對銀河系內的10億顆恒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7100光年。在剛剛發表在《科學》上的文章中，來自澳大利亞柯廷大學的米勒-瓊斯教授所領導的團隊，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后，最終得到了天鵝座X1黑洞的最新距離，這一結果為7240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21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20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范圍，所以需要利用位于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。茍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。詳細的分析過程發表在今天上線的《天體物理學報》上。同時，這一關于自旋的總結結果也在今天上線的《科學》文章中進行了闡述。
系統參數完整并且高精度的測量使得團隊可以對此系統的演化過程做出一個更嚴格的限制。同為《科學》文章合作者的澳大利亞莫納什大學的曼德爾教授領銜了另外一篇發表在《天體物理學報》上關于恒星演化的文章。這篇文章表明，要想形成如此重量并且轉動極快的黑洞，星風損失應該要比之前預計的小好幾倍，而此黑洞的前身星重達60倍的太陽質量。
精確的系統參數測量也給我們提供了和引力波所探測到的黑洞進行比較的機會。天鵝座X1的自轉極快，這和引力波所發現的黑洞系統表現出完全不同的轉動特征，這也意味著此系統很有可能與引力波系統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。
相關報道：測量數據顯示天鵝座X-1系統包含一個質量高于此前預期的巨大黑洞
（神秘的地球uux.cn報道）據cnBeta：天鵝座X-1系統一直被認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量黑洞。該系統中的巨大黑洞的質量是太陽質量的21倍。天鵝座X-1是距離地球最近的黑洞之一，最初發現于1964年。當一枚亞軌道火箭從新墨西哥州發射時，發現了這個巨大的黑洞，火箭上有一對蓋格計數器。
有趣的是，這個特殊的黑洞是物理學家霍金和基普·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年被迫認輸。
在最新的研究黑洞的工作中，科學家們使用了一個巨大的射電望遠鏡--甚長基線陣列，并采用了一種巧妙的技術來測量空間中的距離。
之所以選擇甚長基線陣列進行研究，是因為它是一個巨大的射電望遠鏡陣列，大小相當于美國大陸 - 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，該團隊觀測了黑洞的完整軌道，還使用了2011年同一望遠鏡陣列的觀測數據。
利用新的方法和測量結果，研究小組發現該系統比之前認為的更遠，而且黑洞的質量明顯高于預期。一位研究人員說，這個黑洞如此巨大，以至于它正在挑戰黑洞如何形成的理論。天鵝座X-1最初是一顆約為太陽質量60倍的恒星，在數萬年前坍塌。
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。通過新的測量結果，研究人員估計這個黑洞的質量是太陽質量的20多倍，比之前的估計高出50%。測量結果還顯示，這個黑洞的旋轉速度非常接近光速，比迄今為止發現的其他黑洞都要快。

(責任編輯：探索)