據(jù)騰訊太空消息，北京時(shí)間2月19日凌晨，國(guó)際科學(xué)期刊《科學(xué)》（Science）雜志和《天體物理學(xué)報(bào)》(Astrophysical Journal)的三篇文章聯(lián)合發(fā)布了對(duì)第一個(gè)恒星級(jí)黑洞——天鵝座X1（Cygnus X-1）的最新精確測(cè)量結(jié)果。來(lái)自澳大利亞、美國(guó)和中國(guó)的三個(gè)團(tuán)隊(duì)分別獨(dú)立對(duì)黑洞的距離、質(zhì)量、自旋及其演化做了最為精確的測(cè)量和限制，發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)包含了一個(gè)21倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，并且其自轉(zhuǎn)速度極接近光速。這是目前人類(lèi)發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)的唯一一個(gè)黑洞質(zhì)量超過(guò)20倍太陽(yáng)質(zhì)量且自轉(zhuǎn)如此之快的X射線雙星系統(tǒng)。其中，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)茍利軍研究員及學(xué)生趙雪杉、鄭雪瑩為《科學(xué)》雜志論文的合作者，并作為第一作者及通訊作者在《天體物理學(xué)報(bào)》發(fā)表關(guān)于黑洞自轉(zhuǎn)精確測(cè)量的文章。

天鵝座X1是一個(gè)X射線雙星系統(tǒng)，除了包含能夠產(chǎn)生X射線源的致密星之外，還包含一個(gè)藍(lán)巨星。自從這個(gè)系統(tǒng)在1964年被美國(guó)探空火箭首次發(fā)現(xiàn)以來(lái)，其中致密天體究竟是黑洞還是中子星的問(wèn)題一直是高能天體物理研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。上世紀(jì)70年代，物理學(xué)家索恩和霍金也為此打賭，還立下了字據(jù)。直到上世紀(jì)90年代，越來(lái)越多的觀測(cè)證據(jù)表明這個(gè)系統(tǒng)中心應(yīng)該是黑洞，霍金才簽字表示認(rèn)賭服輸。

盡管霍金已經(jīng)認(rèn)輸，然而對(duì)于這個(gè)系統(tǒng)性質(zhì)一直缺乏精確測(cè)量。2011年，茍利軍研究員和合作者就對(duì)這顆黑洞的性質(zhì)首次做了一次精確測(cè)量的嘗試。當(dāng)時(shí)得出的結(jié)果是：這個(gè)黑洞系統(tǒng)與地球的距離為6067光年，質(zhì)量為14.8倍的太陽(yáng)質(zhì)量，并且發(fā)現(xiàn)黑洞的視界面在以72%的光速轉(zhuǎn)動(dòng)。

2013年，歐洲航空局的蓋亞（GAIA）衛(wèi)星發(fā)射升空，計(jì)劃對(duì)銀河系內(nèi)的10億顆恒星的距離進(jìn)行精確測(cè)量，當(dāng)然也包括天鵝座X1在內(nèi)的X射線雙星。結(jié)果，蓋亞衛(wèi)星所給出的天鵝座X1的距離要比之前的距離遠(yuǎn)一些，大約為7100光年。在剛剛發(fā)表在《科學(xué)》上的文章中，來(lái)自澳大利亞柯廷大學(xué)的米勒-瓊斯教授所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，利用美國(guó)的甚長(zhǎng)基線干涉陣列（VLBA），通過(guò)三角視差方法對(duì)天鵝座X1的距離再次進(jìn)行測(cè)量和確認(rèn)。團(tuán)隊(duì)把新的觀測(cè)數(shù)據(jù)和之前的觀測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，同時(shí)消除了天鵝座X1的噴流運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差效應(yīng)之后，最終得到了天鵝座X1黑洞的最新距離，這一結(jié)果為7240光年，精度達(dá)到8%，這個(gè)距離和蓋亞衛(wèi)星給出的距離完全一致。在此基礎(chǔ)之上，合作團(tuán)隊(duì)重新分析光學(xué)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)黑洞質(zhì)量增加了50%，增加到了21倍的太陽(yáng)質(zhì)量，精度為10%，這是X射線雙星系統(tǒng)中目前唯一一個(gè)主星質(zhì)量超過(guò)20倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞X射線雙星系統(tǒng)。

黑洞自轉(zhuǎn)僅僅影響靠近黑洞視界面大約幾百公里的范圍，所以需要利用位于此區(qū)域的吸積盤(pán)所產(chǎn)生的光子能量更高的X射線波段數(shù)據(jù)來(lái)推斷。茍利軍研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合新得到的距離和質(zhì)量的測(cè)量結(jié)果，分析了X射線光譜數(shù)據(jù)，從而對(duì)黑洞的自轉(zhuǎn)速度進(jìn)行了精確限制，相比之前的測(cè)量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)此次測(cè)量的黑洞轉(zhuǎn)動(dòng)更加極端，黑洞視界面正在以至少95%的光速自轉(zhuǎn)，這也是目前已知的唯一一個(gè)以如此高速度轉(zhuǎn)動(dòng)的黑洞系統(tǒng)。這一關(guān)于自旋的總結(jié)結(jié)果也發(fā)表在今天上線的《科學(xué)》文章上，與此同時(shí)，詳細(xì)的分析過(guò)程發(fā)表于同時(shí)上線的《天體物理學(xué)報(bào)》上。

系統(tǒng)參數(shù)完整并且高精度的測(cè)量使得團(tuán)隊(duì)可以對(duì)此系統(tǒng)的演化過(guò)程做出一個(gè)更嚴(yán)格的限制。同為《科學(xué)》文章合作者的澳大利亞莫納什大學(xué)的曼德?tīng)柦淌陬I(lǐng)銜了另外一篇發(fā)表在《天體物理學(xué)報(bào)》上關(guān)于恒星演化的文章。這篇文章表明，要想形成如此重量并且轉(zhuǎn)動(dòng)極快的黑洞，星風(fēng)損失應(yīng)該要比之前預(yù)計(jì)的小好幾倍，而此黑洞的前身星重達(dá)60倍的太陽(yáng)質(zhì)量。

精確的系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量也給我們提供了和引力波所探測(cè)到的黑洞進(jìn)行比較的機(jī)會(huì)。天鵝座X1的自轉(zhuǎn)極快，這和引力波所發(fā)現(xiàn)的黑洞系統(tǒng)表現(xiàn)出完全不同的轉(zhuǎn)動(dòng)特征，這也意味著此系統(tǒng)很有可能與引力波系統(tǒng)有著完全的不同形成機(jī)制。