中國學者奪取X射線極亮天體研究的“圣杯”

　　11月28日，《自然》雜志發表了中國科學院國家天文臺劉繼峰研究員領導的國際團隊對漩渦星系中X射線極亮源M101　ULX-1的研究成果，雜志審稿人認為此項成果“奪取了這個領域的圣杯”。

　　自上世紀90年代，特別是兩顆造價分別為16億美元和7億歐元的錢德拉X射線空間望遠鏡和XMM-牛頓X射線天文衛星投入使用，天文學家陸續在遙遠星系中發現了一批X射線光度極高的天體。但是，國際天文和天體物理界對這類X射線極亮源的本質卻一直難以定論，眾說紛紜。研究的關鍵與難點為通過動力學方法測定系統中心黑洞的質量。成功對中心黑洞質量進行確定，不僅可以解決關于這類天體本質的爭論，還可以增進人們對黑洞形成、黑洞輻射機制的理解與認知，因此一直是天文與天體物理研究的國際前沿與熱點。

　　對X射線極亮源系統進行動力學測量的原理為通過觀測伴星光譜的移動來推斷出中心黑洞的質量。但是由于這類天體距離我們十分遙遠(通常為幾千萬光年)，同時X射線照射黑洞吸積盤而產生的光污染也非常強，因此測量極其困難。目前，歐美學者已多次利用世界最先進的8-10米級光學/紅外望遠鏡進行長時間觀測，但這些嘗試均未獲得成功。盡管技術難度大，但鑒于其科學重要性和影響深遠性，中心黑洞質量的精確測量仍為學界孜孜以求的目標，并被國際同行譽為X射線極亮源研究領域的“圣杯”。

　　中國科學院國家天文臺的劉繼峰研究員領導國際團隊通過精心設計研究方案，巧妙選取有特色的天體目標，成功申請到位于美國夏威夷的8米大型雙子望遠鏡以及 10米凱克望遠鏡各20小時的觀測時間，在三個月的時間跨度上，對漩渦星系中X射線極亮源M101　ULX-1進行了研究，并確認其中心天體為一個質量與恒星可比擬的黑洞。此項工作是國際上對X射線極亮源動力學質量的首次、也是目前唯一一例成功測量，以我國科學家和科研機構為第一作者、第一單位發表在11 月28日的《自然》(Nature)雜志上，并被該雜志審稿人稱贊為“奪取了這個領域的圣杯”。

　　這個黑洞雙星系統位于2200萬光年之外，是人類迄今發現的距離地球最遙遠的黑洞雙星；同時，通過對該系統X射線譜的特性進行分析，劉繼峰團隊發現的最新觀測現象難以被黑洞吸積的“經典”研究結果所解釋，突破了現有理論框架的范疇。Nature還將在同期新聞視角專欄(News and Views)刊登相應評述文章(Nature發表的科研論文中只有～10%的比例獲得該欄目專門評論)，并入選Nature當周“新聞發布”(Press　Release)內容。

　　劉繼峰研究員先后在北京大學和美國密歇根大學分別獲得理學學士、理學碩士和哲學博士學位，博士畢業后入選美國國家航空航天局愛因斯坦學者(NASA　 Einstein　Fellow)，并在美國哈佛大學從事高能天體物理研究。2010年，劉繼峰研究員被中國科學院國家天文臺通過中國科學院“百人計劃” (KJCX2-EW-T01)引進回國工作，并擔任“銀河系三維結構研究團組”首席研究員。這項X射線極亮源的工作為劉繼峰研究員回國后率領團隊完成，同時獲得兩項國家自然科學基金(#11273028,#11333004)資助。

X射線極亮源M101 ULX-1位于漩渦星系M101的一個懸臂上，M101距離地球2200萬光年。圖片由X射線（錢德拉X射線空間望遠鏡）、光學（哈勃空間望遠鏡）以及紅外（斯皮策空間望遠鏡）等波段觀測數據疊加合成。圖片來源自錢德拉X射線天文臺網站。

X射線極亮源M101 ULX-1的概念圖。M101 ULX-1的伴星是一個罕見的沃爾夫-拉葉天體，恒星級黑洞從沃爾夫-拉葉天體的星風中捕獲物質形成吸積盤，發出X射線輻射。概念圖由天體藝術家 Lynette Cook 根據該項研究成果設計完成。