[霍金] 霍金输了 测量人类发现的首颗黑洞
北京时间2月19日凌晨，国际科学期刊《科学》（Science）杂志和《天体物理学报》(Astrophysical Journal)的三篇文章联合发布了对第一个恒星级黑洞——天鹅座X1（Cygnus X-1）的最新精确测量结果。来自澳大利亚、美国和中国的三个团队分别独立对黑洞的距离、质量、自旋及其演化做了最为精确的测量和限制，发现此系统包含了一个21倍太阳质量的黑洞，并且其自转速度极接近光速。这是目前人类发现并确认的唯一一个黑洞质量超过20倍太阳质量且自转如此之快的X射线双星系统。其中，中国科学院国家天文台苟利军研究员及学生赵雪杉、郑雪莹为《科学》杂志论文的合作者，并作为第一作者及通讯作者在《天体物理学报》发表关于黑洞自转精确测量的文章。
图注：天鹅座X-1在天空的位置。
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。
图注：霍金签证认输。
尽管霍金已经认输，然而对于这个系统性质一直缺乏精确测量。2011年，苟利军研究员和合作者就对这颗黑洞的性质首次做了一次精确测量的尝试。当时得出的结果是：这个黑洞系统与地球的距离为6067光年，质量为14.8倍的太阳质量，并且发现黑洞的视界面在以72%的光速转动。
2013年，欧洲航空局的盖亚（GAIA）卫星发射升空，计划对银河系内的10亿颗恒星的距离进行精确测量，当然也包括天鹅座X1在内的X射线双星。结果，盖亚卫星所给出的天鹅座X1的距离要比之前的距离远一些，大约为7100光年。在刚刚发表在《科学》上的文章中，来自澳大利亚柯廷大学的米勒-琼斯教授所领导的团队，利用美国的甚长基线干涉阵列（VLBA），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。团队把新的观测数据和之前的观测数据相结合，同时消除了天鹅座X1的喷流运动所导致的系统误差效应之后，最终得到了天鹅座X1黑洞的最新距离，这一结果为7240光年，精度达到8%，这个距离和盖亚卫星给出的距离完全一致。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，精度为10%，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。
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