中外科学家对首个黑洞作出更精确测量 黑洞到底有多大？

央广网北京2月19日消息 据中央广播电视总台中国之声《新闻晚高峰》报道，仰望苍穹，浩瀚的宇宙有无数天体，其中一个特殊的存在就是黑洞，黑洞一直是宇宙中最神秘的谜团之一。

黑洞是一种体积极小、质量极大的天体，在宇宙中它如同“吞噬之口”，吞噬一切，连光也无法逃逸。

根据质量的不同，黑洞大致分为恒星级黑洞(100倍太阳质量以下)、中等质量黑洞(100-10万倍太阳质量)和超大质量黑洞(10万倍太阳质量以上)。恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的，是宇宙中广泛存在的 “居民”。

一颗恒星演化到最后如果剩下的质量太多（大于3倍太阳质量），多到既不能形成白矮星，也不能成为中子星，一旦进入死亡阶段，就没有任何力量可以阻止这颗恒星在终极引力的作用下持续塌缩，最终形成致密的黑洞。

历史上人类发现的第一个黑洞候选天体叫天鹅座X1。

天鹅座X1是一个X射线双星系统，除了包含能够产生X射线源的致密星之外，还包含一个蓝巨星。自从这个系统在1964年被美国探空火箭首次发现以来，其中致密天体究竟是黑洞还是中子星的问题一直是高能天体物理研究领域的热点。

上世纪70年代，物理学家索恩和霍金也为此打赌，还立下了字据。直到上世纪90年代，越来越多的观测证据表明这个系统中心应该是黑洞，霍金才签字表示认赌服输。尽管霍金已经认输，但对于这个系统的性质一直缺乏精确的测量。

黑洞的质量自然是个天文数字，但它到底有多重，距离我们多远呢？2011年，国家天文台研究员苟利军和合作者就把测量的目标对准了这颗黑洞。“它是人类发现的第一个恒星级黑洞系统，吸引了更多的注意力。相比于其他黑洞，它是比较近的。正是这两方面原因，吸引我们对它做非常详细的研究。”苟利军说。

那么，黑洞如此之大，是通过什么方法测量它的质量呢？苟利军解释，测量黑洞质量的原理与测量地球、太阳的质量原理相同。“在地球周围有月亮。我们测量出月亮到地球之间的距离，并且测量出月球运动速度，那就能算出地球的质量。相似的，比如在太阳周围有很多行星，如果我们知道地球到太阳之间的距离，知道地球的运动速度，那就能算出太阳的质量。”

但是，黑洞的神秘感要比太阳和地球大得多，因此，测量的难度也更大，不确定性因素更多。“测量恒星运动，其轨道不一定是圆形，恒星围绕黑洞绕转的过程就不一定是圆形，可能是椭圆轨道。另外，恒星形状也会发生一些形变，使其测量过程更加复杂。首先我们需要在观测方面有比较好的精度，同时在得到观测数据进行拟合的过程中，需要考虑这种算法是不是完全。”苟利军说。

2011年，苟利军团队测量得出的结果是：这个黑洞系统与地球的距离为6067光年，质量是太阳的14.8倍，并且发现这个黑洞的视界面在以72%的光速转动。但两年后，欧洲航空局的盖亚卫星发射升空，测量出的天鹅座X1的距离要更远一些，大约为7100光年。

因此，来自澳大利亚的团队，利用美国的甚长基线干涉阵列，通过三角视差方法对天鹅座X1的距离再次进行测量和确认。结合中方的数据，得出天鹅座X1黑洞的最新距离为7240光年，与盖亚卫星给出的距离几乎一致。苟利军进一步说：“之前在拟合其距离过程中，我们有一些因素没有考虑，比如喷流产生的效应最后导致当时所算结果有一定的误差。考虑了这些误差效应之后，我们最终得到了跟盖亚卫星一致的结果。”

在此基础之上，合作团队重新分析光学数据，发现黑洞质量增加了50%，增加到了21倍的太阳质量，这是X射线双星系统中目前唯一一个主星质量超过20倍太阳质量的黑洞X射线双星系统。

同时，也发现此次测量的黑洞转动更加极端，黑洞视界面正在以至少95%的光速自转，也就是基本接近光速了。这也是目前已知的唯一一个以如此高速度转动的黑洞系统。

这些测量结果在北京时间19日凌晨发表在国际科学期刊《科学》杂志和《天体物理学报》上。苟利军指出，知道了黑洞的质量和自转速度有助于进一步了解它周微的时空特性以及黑洞的演化史。“对于黑洞，质量和自转速度是描述它的最基本特性。比如，我们想了解天鹅座黑洞周围的时空特性，首先需要知道这两个物理量，之后可以做一些其他的事情，尤其是精确测量，还可以对黑洞的演化等做一番精确限制。”

在未来，更多的黑洞质量、距离、自转等属性有望被揭示。苟利军表示：“之前我们已经测过好几个其他系统黑洞，但是误差相对较大，看在未来能否得到更多的观测。我们还有性质相对明确的源10多个，接下来具体选哪一个，还需要看哪一个更容易观测。”