中国X射线极亮天体研究取成果 被誉夺太空圣杯

X射线极亮天体研究观测数据

　　自上世纪九十年代，两颗造价分别为16亿美元和7亿欧元的钱德拉X射线空间望远镜和XMM-牛顿X射线天文卫星投入使用，天文学家陆续在遥远星系中发现了一批X射线光度极高的天体。但是国际天文和天体物理界对这类X射线极亮源的本质却一直难以定论，众说纷纭。研究的关键与难点为通过动力学方法测定系统中心黑洞的质量。成功对中心黑洞质量进行确定，不仅可以解决关于这类天体本质的争论，还可以增进人们对黑洞形成、黑洞辐射机制的理解与认知，因此一直是天文与天体物理研究的国际前沿与热点。

　　对X射线极亮源系统进行动力学测量的原理为通过观测伴星光谱的移动来推断出中心黑洞的质量。但是由于这类天体距离我们十分遥远(通常为几千万光年)，同时X射线照射黑洞吸积盘而产生的光污染也非常强，因此测量极其困难。目前欧美学者已多次利用世界最先进的8-10米级光学/红外望远镜进行长时间观测，但这些尝试均未获得成功。尽管技术难度大，但鉴于其科学重要性和影响深远性，中心黑洞质量的精确测量仍为学界孜孜以求的目标，并被国际同行誉为X射线极亮源研究领域的“圣杯”。

　　中国科学院国家天文台的刘继峰研究员领导国际团队通过精心设计研究方案，巧妙选取有特色的天体目标，成功申请到位于美国夏威夷的8米大型双子望远镜以及10米凯克望远镜各20小时的观测时间，在三个月的时间跨度上对漩涡星系中X射线极亮源M101 ULX-1进行了研究，并确认其中心天体为一个质量与恒星可比拟的黑洞。此项工作是国际上对X射线极亮源动力学质量的首次、也是目前唯一一例成功测量，以我国科学家和科研机构为第一作者、第一单位发表在2013年11月28日的国际著名《自然》(Nature)杂志上，并被该杂志审稿人称赞为“夺取了这个领域的圣杯”；这个黑洞双星系统位于2200万光年之外，是人类迄今发现的距离地球最遥远的黑洞双星；同时通过对该系统X射线谱的特性进行分析，刘继峰团队发现的最新观测现象难以被黑洞吸积的“经典”研究结果所解释，突破了现有理论框架的范畴。Nature 还将在同期新闻视角专栏(News and Views)刊登相应评述文章(Nature发表的科研论文中只有 ~10% 的比例获得该栏目专门评论)，并入选 Nature 当周新闻发布(Press Release)内容

　　刘继峰研究员先后在北京大学和美国密歇根大学分别获得理学学士、理学硕士和哲学博士学位；博士毕业后入选美国国家航空航天局爱因斯坦学者(NASA Einstein Fellow)，并在美国哈佛大学从事高能天体物理研究；2010年，刘继峰研究员被中国科学院国家天文台通过中国科学院“百人计划”(KJCX2-EW-T01)引进回国工作，并担任“银河系三维结构研究团组”首席研究员。这项X射线极亮源的工作为刘继峰研究员回国后率领团队完成，同时获得两项国家自然科学基金(#11273028，#11333004)资助进行该项研究。

　　X射线极亮源M101 ULX-1位于漩涡星系M101的一个悬臂上，M101距离地球2200万光年。图片由X射线(钱德拉X射线空间望远镜)、光学(哈勃空间望远镜)以及红外(斯皮策空间望远镜)等波段观测数据叠加合成。图片来源自钱德拉X射线天文台网站。

　　X射线极亮源M101 ULX-1的概念图。M101 ULX-1的伴星是一个罕见的沃尔夫-拉叶天体，恒星级黑洞从沃尔夫-拉叶天体的星风中捕获物质形成吸积盘，发出X射线辐射。概念图由天体艺术家 Lynette Cook 根据该项研究成果设计完成。