吸积盘 近光速自转、迄今最重的恒星级黑洞，独家专访发现者苟利军
编者按：本文来自微信公众号“高山大学”（ID:gasadaxue），作者：邱施运，朱珍，邓舒夏，36氪经授权发布。
1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西对爱因斯坦场方程求出了一个真空解——黑洞。自此，围绕黑洞的研究贯穿了整个近现代科学史。
不过，一个多世纪以来，一方面人们想找到更多的黑洞，然后所发现的数目也仅仅是理论预言的冰山一角。而另外一个方面，人们也想对找到黑洞的精确性质作出一个精确测量。
尽管望远镜越来越大，观测也从地面进入到了空间，然而精确测量依旧是摆在天文学家面前的一个难题，但也是天文学家的梦想。
2020年诺贝尔物理学奖的获得者安德里亚·格兹（Andrea Ghez）等人就是对于我们银河系中心超大质量黑洞质量的精确测量获得了诺奖。
相比质量而言，对于影响效应仅仅存在于黑洞临近区域的自旋测量难度更大。尽管如此，还是有不少的科学家们持续且努力地做着相应的工作。
近日，来自于澳大利亚、美国和中国的科学家们对人类历史上发现的第一个黑洞——天鹅座X1——的基本性质（包括距离、质量和自转速度及其演化过程）进行了研究，结果发现这个黑洞正以至少95%的光速疯狂自转，并且这颗黑洞的质量在所有已知的X射线系统中排名第一，为21倍的太阳质量。
这项新发现被刊登在2021年2月19日上线的《科学》（Science）和《天体物理期刊》（Astrophysical Journal）上，来自国内的科研团队是中国科学院国家天文台恒星级黑洞研究团组的苟利军研究员及其学生。
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论文截图
此次发现对黑洞研究有怎样的价值？黑洞的距离、质量和转速是如何测量到的？高山大学（GASA）独家专访黑洞发现者苟利军，解读这一段科研历程背后的来龙去脉。
质量、速度“双突破”描述一个黑洞，主要需要两个参数：质量和自转速度。
过去，天文学界对黑洞的质量颇有研究，但对其转速却知之甚少，以致于黑洞的诞生机制及演化路径存在很大的不确定性。
如今，国际团队的合作者借助美国甚大干涉基线射电阵列，利用三角视差的方法测量了距离。而之后，利用黑洞伴星运动的观测数据测量了中心黑洞的质量，这种方法被称之为动力学质量测量方法。
在已知距离、质量等条件的情况下，苟利军所在的团队利用美国的RXTE和钱德拉X射线卫星数据，测量发现黑洞正在以一个前所未见、高达95%光速的转动，这比目前其它所有黑洞的转动都要快。
在已知黑洞质量和转速以后，作为新的边界条件，能对恒星的演化路径开出更精确的限制，通过计算机的模拟计算，让我们更完整地了解恒星的演化、黑洞的诞生过程。
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苟利军团队研究结果示意图
“研究黑洞看似对人们的实际生活没有直接意义，但恒星如何演化，可以说是天文学里各种理论模型的根基。对恒星的演化理解越透彻，我们离宇宙的真相也就越靠近 ”苟利军说。
另外，这个黑洞不仅是拥有最高的转速，它同时也刷新了X射线双星系统中“恒星级黑洞”的质量纪录，高达21倍的太阳质量。
其实早在2011年，苟利军和合作者就曾经对该黑洞进行过测量，但当时得到的质量是太阳的15倍。这次质量增重了约50%，质量增大是因为测量距离的增大。
知识点：X射线双星是能够产生X射线辐射的黑洞双星系统，这些系统中的天体通常彼此距离比较近，X射线辐射来自于黑洞周围的吸积盘。
而有一些系统相距比较较远，此时就没有X射线辐射，只有来自于恒星的光学辐射。
另外，近几年科学家在天文界新宠——引力波的加持下，也发现了大量新的更高质量的“恒星级黑洞”，诞生机制依旧存疑。
如今，正是天鹅座X1黑洞质量和自旋的精确测量，为科学家提供了限制此类恒星演化过程的绝佳机会。这也是这项研究登上《科学》的一大亮点。
天鹅座X1作为唯一一个转动如此之快的黑洞，苟利军的下一步是想找到其它转动有类似转速的黑洞系统，这样有望对于黑洞系统有个比较并且对于黑洞形成机制有一番深入了解。
与此同时，他还想寻找和测量更多黑洞——理论上，我们银河系中存在着上亿颗恒星级黑洞，而目前天文界只探测到了不足百颗，精确测量的系统也只有20多个。
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