發現一顆“看不見”的天體

黑洞神秘詭譎，人類對其知之甚少。近期，中國科學院國家天文臺博士單素素聯合北京師范大學、曼徹斯特大學的研究人員，利用LAMOST（郭守敬望遠鏡）時域巡天數據開展黑洞和中子星等致密天體的搜尋計劃，發現了一個特殊的單線光譜雙星系統LTD064402+245919。該雙星系統由一顆亞巨星和一顆“看不見”的天體組成。相關研究成果12月24日發表于《天體物理學報》。

已有的研究顯示，恒星級黑洞的發現大多基于X射線暫現源。目前，科學觀測已經確認的恒星級黑洞約20個，侯選體約100個。恒星演化理論預言銀河系內應該會有上億顆黑洞。而在黑洞雙星系統中，能夠發出X射線輻射的只占很小一部分。

如何找到新的方法，去發現數量巨大、沒有X射線輻射的黑洞，成為了天文學界近年來的研究熱點和難點。

2019年，中國科學院國家天文臺副臺長劉繼峰等人利用LAMOST光譜視向速度變化方法，在光學波段證認了大質量恒星級黑洞LB-1，為恒星級黑洞的發現提供了新的手段。新的觀測方式有望揭示黑洞的新特征，為解開恒星級黑洞樣本缺失的謎團提供了可能。

“利用光譜視向速度從單線光譜雙星中來證認恒星級黑洞，打破了依賴于X射線搜尋黑洞的觀測限制。”單素素表示，該方法對于搜尋那些雙星系統中X射線平靜態的黑洞是非常有效的。結合光譜視向速度監測和時域測光數據聯合限制的雙星參數信息可以判定，如果雙星系統含有一個比較大質量的不可見質量天體，那該系統很可能含有一個致密天體侯選體。如果不可見天體質量大于三個太陽質量，則很有可能是黑洞候選體。

單素素等人獨立開發了全鏈條軟件來搜尋和解析單線光譜雙星系統的物理參數，并在LAMOST數據中發現了一顆特殊的單線光譜雙星系統——LTD064402+245919。通過研究其光變曲線，科研人員發現該系統為密接雙星，且周期較長，為14.5天。可見星的質量約為2.77個太陽質量，半徑為15.5個太陽半徑，有效溫度約為4500K。

研究人員利用視向速度曲線和光變曲線聯合限制了質量方程，得到該雙星系統中的不可見星與可見星的質量比為0.73，在不限制未知星種類時，這個神秘天體的質量約為2.02個太陽質量。隨后，研究人員對該系統的光譜進行了分光處理，蒙特卡羅模擬表明，隨著LAMOST觀測時間的積累，信噪比提高3倍，將可進一步辨認這個不可見天體的類型。

據悉，單線光譜雙星LTD064402+245919的系統研究是利用LAMOST光學波段時域數據搜尋致密天體（黑洞，中子星等）的創新探索。隨著LAMOST海量時域光譜數據的積累，結合該工作開發的搜尋證認致密天體的軟件工具，有望發現更多的致密天體候選體，為進一步研究黑洞、中子星等致密天體的性質和起源奠定了基礎。