《科学通报》
开博时间：2019-09-06 16:50:00《科学通报》是主要报道自然科学各学科基础理论和应用研究方面具有创新性、高水平和重要意义的研究成果。报道及时快速，文章可读性强，力求在比较宽泛的学术领域产生深刻影响。
如何搜寻恒星级黑洞？
2021-11-19 13:54:00迄今为止，银河系中所有已知的恒星级黑洞(~20个)都是通过黑洞吸积伴星气体所发出的X射线识别出来的。然而根据理论预测，银河系中应该有上亿颗恒星级黑洞，而在黑洞双星系统中，能够发出X射线辐射的只占一小部分。如何找到新的方法，去发现数量巨大、没有X射线辐射的黑洞，成为了天文学界近年来的研究热点和难点。
在最近发表于《科学通报》的文章“恒星级黑洞的搜寻与研究进展”中，中国科学院国家天文台王松副研究员和刘继峰研究员等回顾了恒星级黑洞的搜寻方法，介绍了利用我国重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST)发现银河系内恒星级黑洞的历程，并总结了近些年国内外利用视向速度监测方法搜寻恒星级黑洞的进展。文章收录于“国家天文台组建20周年专辑”。
黑洞搜寻方法
基于黑洞存在环境的不同，人们发展出了不同的探测方法，例如：
(1)大部分恒星级黑洞可能以孤立的形式存在于宇宙中，而微引力透镜是唯一已知的可发现此类黑洞的方法。近些年，微引力透镜方法已经发现了多个孤立黑洞候选体。
(2)若黑洞与另一颗致密天体(黑洞或中子星)相互绕转形成双星，当它们发生并合时，可以通过引力波实验发现它们，并得到并合前两颗天体的质量。到目前为止，美国激光干涉引力波天文台(LIGO)和欧洲室女座引力波天文台(Virgo)已经探测到了数十起双黑洞并合事件以及少数可能的黑洞与中子星并合事件。
(3)若黑洞与普通恒星组成双星系统，天文学家可以通过监测伴星的运动，测量黑洞的质量并确认其存在。这种方法适用于有明亮伴星的黑洞。在传统的研究中，这种方法要依赖于X射线的指引——黑洞吸积伴星气体发出X射线;当黑洞和它的伴星距离较远时，黑洞处于平静态(不吸积伴星气体或吸积很微弱)，可以通过观测周围天体的运动来寻找看不见的天体。
LAMOST发现黑洞历程
从2016年秋季开始，作者团队利用LAMOST开展双星课题研究，对一个小天区内3000多颗恒星进行了历时两年之久的监测。其中一颗在反银心方向的B型星表现出了奇特的光谱特征：具有明显周期性运动的恒星吸收线(来自于B型星)，以及具有小振幅反相位运动的宽Hα发射线(来自于某不可见天体)。
作者团队随即申请了西班牙10.4米加纳利大望远镜(GTC)和美国10米凯克望远镜(Keck)的后续观测。基于对所有观测数据中恒星吸收谱线的测量，发现该天体(称为LB-1)的轨道周期为78.9天，并得到B型星和Hα发射线的视向速度曲线。利用B型星和Hα发射线的速度振幅之比，以及B型星的质量，最终估算出该双星系统中存在一个较大质量的恒星级黑洞。
作者团队又进一步利用西班牙卡拉阿托天文台(CAHA) 3.5米望远镜的CARMENES高分辨率光谱仪进行了持续3个月的后续监测，确认该不可见天体的质量是其伴星质量的4~8倍。如果光学伴星的确是B型星(3~6倍太阳质量)，则黑洞质量在12~50倍太阳质量范围。
LB-1的艺术想象图(喻京川绘)。图像中心为黑洞，左上蓝色天体为伴星B型星。黑洞通过吸积B型星的星风形成了非常稀薄的吸积盘(红色)
国内外的恒星级黑洞搜寻
利用视向速度监测的方法，国内外的研究团组已经发现了数个恒星级黑洞及候选体。
2014年，Casares等人发现MWC 656是一个由3.8~6.9倍太阳质量的黑洞和Be星组成的双星系统。
2019年，Thompson等人发现2MASS J05215658+4359220包含一颗K型巨星和一个3.3倍太阳质量的不可见天体——大质量的中子星或目前最小质量的恒星级黑洞。
2020年，Rivinius等人发现HR 6819是一个三体系统，由一颗Be星和一个周期约为40天的双星系统构成, 而该双星中含有一颗B3亚巨星和一颗质量大于4.2倍太阳质量的黑洞。
展望
对于X射线辐射宁静的致密双星系统，利用具有大规模巡天优势和极高观测效率的望远镜，通过视向速度方法监测伴星的运动来搜寻致密天体是可行的。
作为目前世界上光谱获取率最高的望远镜之一，LAMOST巡天已经进入第二阶段，除了正常的低分辨率巡天外，还包含中分辨率时域巡天。后者包含多个时域观测项目，其巡天策略计划在同一观测夜对同一天区进行多达8~10次的重复曝光;对于一些天区，5年内将有多达50次的累计重复曝光。预计未来几年，大规模时域光谱巡天(如LAMOST II期、SDSS V等)在致密天体搜寻领域将发挥重要作用。
除了视向速度监测法，天体测量方法在黑洞探测上也可以发挥独特的能力。黑洞吸引伴星绕双星质心转动，不但会产生视向速度周期性变化，其在天球上的位置也会发生周期性变化。结合Gaia高精度天测数据和视向速度曲线，可以有效构建伴星三维轨道运动，发现黑洞并估计其质量。
结合不同方法发现的黑洞样本，构建具有统计显著性的黑洞质量分布，有助于人们解答黑洞形成、大质量恒星演化中的一系列基本问题。
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