科技日报记者 刘园园
前段时间，中国科学家发现“最大恒星级黑洞”的新闻，最近引起了一些学术争议。1月18日，“最大恒星级黑洞”论文第一作者刘继峰研究员接受科技日报记者正常采访时进行了回应。
先来回顾一下这个大新闻。
2019年11月28日，《自然》期刊发布中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队的一项“重大发现”。该研究团队依托郭守敬望远镜（LAMOST），发现一颗大约70倍太阳质量的黑洞。如果真的如此，它将是迄今为止质量最大的恒星级黑洞。
但是，研究结果发表后，陆续有国外天文学者发布论文，对“70倍太阳质量黑洞”提出质疑。
有的论文指出，这颗黑洞并没有70倍太阳质量这么大；有的论文指出，它有可能不是一个黑洞，而可能是一颗大质量中子星甚至普通恒星。
这，到底怎么回事？
图为LB-1的艺术想象图 （喻京川 绘）。图片来自：中国科学院国家天文台官网
“远超理论预言质量上限”的黑洞
这个引发争议的“最大恒星级黑洞”，存在于一个叫做LB-1的双星系统里。
中国科学家认为，在这个双星系统里，有一颗8倍太阳质量的蓝色恒星，围绕一个“看不见的天体”做周期性运动。不同寻常的光谱特征表明，那个“看不见的天体”极有很大的可能是一颗黑洞。
研究人员随后通过西班牙加纳利大望远镜和美国凯克望远镜，进一步确认了LB-1的光谱性质，计算出该黑洞的质量大约是太阳的70倍。
70倍。这个数字意味着什么呢？
图为LB-1和引力波并合事件、X射线方法发现的黑洞的质量分布。图片来自：中国科学院国家天文台官网
说到这里，有必要科普一下：恒星级黑洞由大质量恒星死亡形成，在宇宙中广泛存在。理论预言银河系中有上亿颗恒星级黑洞，但迄今为止，天文学家仅在银河系发现了约20颗恒星级黑洞，而且质量均小于太阳质量的20倍。
70倍太阳质量黑洞，依据此前的新闻发布，“远超理论预言的质量上限，颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知，有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新”。
质疑一：最低只有2到3倍太阳质量
正因为它严重挑战现有恒星演化理论，这项结果一经发表，便立即引发国际天文学界的关注。随后，陆续有多篇相关论文提出质疑观点。
这中间还包括德国埃尔朗根-纽伦堡大学和波茨坦大学的天文学家团队。
1月10日，该团队在国际知名的《天文学与天体物理学》期刊发表论文称，这个“70倍太阳质量黑洞”可能根本不是黑洞，而有很大的可能是大质量中子星，甚至普通恒星。
图为德国天文学家团队在《天文学与天体物理学》期刊发表的论文信息。图片来自：《天文学与天体物理学》期刊官网截图
这个德国天文学家团队指出，那个看不见的星体的伴星，即B型星LS V + 22 25，是可以被看到的。这颗伴星的质量越大，黑洞的质量也就需要越大，这样才可以带来伴星相应的运动。
他们对这颗伴星的光谱档案以及它表面的化学元素丰度进行了研究。然后发现，这颗恒星表面存在由氢核聚变产生的灰烬，而这种过程只在年轻恒星的内核发生，不应在恒星表面被探测到。
该团队认为，这颗伴星一定在过去与那个看不见的星体发生了一些作用。在此过程中，这颗伴星的外层被移除。因此现在看到的是被剥离外层的氦核，它富含氢燃烧产生的灰烬。
然而，被剥离的氦星比普通的恒星更轻。该团队将这一结果和盖亚太空望远镜最近的测量相结合，认为这颗恒星的质量最有很大的可能是太阳质量的1.1倍（存在±0.5倍的不确定度）。
据此，该团队得出，另一个星体最低只有2到3倍太阳质量——这与中国科学家团队得出的数字相差甚远。
质疑二：只是一颗“正常”的恒星级黑洞
另一位质疑者，是来自美国加州大学伯克利分校的研究生，名叫贾里姆·埃尔·巴德里。
图为贾里姆·埃尔·巴德里（左）与加州大学伯克利分校天文学系主任艾略特·夸塔特（右）讨论黑洞的演化。图片来自：加州大学伯克利分校官网，Hulda Nelson
据加州大学伯克利分校官网介绍，巴德里专门研究不同寻常的双星系统。当看到70倍太阳质量黑洞相关论文时，他十分震惊。
“我们大家都知道有20到30颗黑洞存在于双星系统中，它们只有70倍太阳质量的一半，或者小于70倍太阳质量。” 巴德里表示。
12月9日，巴德里的论文提交在arXiv预印本文献库中，并于1月3日进行了修改。论文由巴德里和加州大学伯克利分校天文学系主任艾略特·夸塔特共同署名。
图为贾里姆·埃尔·巴德里提交在arXiv预印本文献库中的论文信息。图片来自：arXiv预印本文献库官网截图
该论文提出，中国研究团队发现的这个史无前例的恒星级黑洞的质量，主要证据是测量Hα发射线的径向速度变化，这种Hα发射线被认为来自黑洞周围的吸积盘。
巴德里认为，那颗B型星的大气也在吸收Hα发射线，这使得Hα发射线看起来像是发生了位移，但实际上并没有。
因此，并没有证据表明Hα发射线的径向速度变化。Hα发射线很可能源于双星系统周围物质，而不是黑洞周围的吸积盘。
“目前这颗看不见的伴星的特征依然是不确定的，但是它最有很大的可能是一颗5到20倍太阳质量的‘正常’恒星级黑洞。”巴德里在论文里提出。
复核结果基本支持最初结论
相关质疑不止上述两个。面对来自国际天文学界的质疑，1月18日，“最大恒星级黑洞”论文第一作者刘继峰研究员接受科技日报记者正常采访时进行了回应。
“我们现在已经有初步结果，证实我们的研究结果。”刘继峰接受科技日报记者正常采访时说。显然，他已经注意到了这些科学争议。
对于德国研究团队所说的，“70倍太阳质量黑洞”可能不是黑洞，而是一个中子星，甚至普通恒星，刘继峰表示：“这是第一步就可以被排除的模型。”
刘继峰解释说，这种模型是双星演化中非常短暂的特殊阶段，因此存在的可能性非常低。此外，这种模型也依赖于该天体离我们的距离，而根据盖亚太空望远镜的最新测量，不支持该模型要求的那么近的距离。
对于加州大学伯克利分校研究人员的质疑，刘继峰认为，Hα发射线成分复杂，仅减去B型星吸收而忽略星风发射是不行的，需要用其它方法来独立验证。
“我们使用两个多月来观测到的更加丰富的数据，进行了更加细致的分析和复核。分析结果支持原来的结论。”刘继峰告诉科技日报记者，目前分析认为，那颗黑洞的大小应该是70个太阳质量左右，不会低于40倍太阳质量，依然支持原来“最大恒星级黑洞”的结论。
刘继峰透露，目前中国科研团队正在酝酿新的论文，预计不久后将发表。
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来源：科技日报
编辑：陈可轩
审核：王小龙、管晶晶
