坍缩，爆炸，当那一天来临，恒星会在刹那间开放成一朵宇宙中最美丽的烟花。激荡的星风在星际物质间吹卷肆虐，各种绚丽的色彩彼此碰撞纠缠，无数喷涌而出的光子，携带着它生命的印记，穿越时空，直达宇宙的每个角落。那光芒璀璨无比，甚至超过它所在的星系，它宣告恒星的死亡，更昭告黑洞的新生。想象你是一艘星舰的舰长，正在广袤的宇宙中进行星际航行。你的目标是数光年外的一颗恒星，而飞船周围除了黑暗一无所有。
突然间，刺耳的电脑警报声响起：航线异变！你的飞船被一股强大的引力拖离了原有航线！那里有什么东西？引力如此之大而又完全无形？正当船员们手足无措的时候，拥有足够天体物理知识的你马上想到：难道我遇上了黑洞？十八世纪的欧洲刚刚经历了第一次科学革命。从哥白尼到牛顿，科学的概念与方法论得以确立，科学开始广泛兴起与发展。
1783年，英国学者约翰·米歇尔提出，一个密度不小于太阳、直径为太阳500倍的天体将是不可见的，因为光无法逃离天体表面。一百多年后的1915年，爱因斯坦发表广义相对论时，第一次世界大战正进行得如火如荼。在寒冬已至的俄罗斯前线，德国物理学家卡尔·史瓦西推导出了爱因斯坦场方程式的一个精确解。
这个解表明，如果某天体质量被压缩于很小的空间内（即后来的史瓦西半径），任何落入该空间的物质，包括光，都无法从中逃离。这种天体在1968年被美国物理学家约翰·惠勒命名为“黑洞”。近日，一项由中国科学院国家天文台主导的研究，就发现了一个X射线辐射宁静的双星系统（命名为LB-1），其中包含一个巨大的黑洞。
该论文通讯作者之一张昊彤研究员介绍说，从2016年秋季开始，以国家天文台为首的研究团队利用大口径多目标分光望远镜（以下简称LAMOST）开展双星课题研究，对一个小天区内3000多颗恒星进行了历时两年之久的长期监测。其中，一颗在反银心方向的B型星（光谱型为B，恒星表面温度在1万度至3万度之间）表现出周期性的径向速度变化，以及一条近乎静止的Hα发射线。这说明Hα发射线并非来自于B型星。
随后，西班牙10.4米加纳利大望远镜（GTC）和美国10米凯克望远镜（Keck）的观测证实了上述发现。研究人员进而利用恒星大气模型拟合光谱、利用恒星演化模型拟合谱能量分布，发现该B型星的金属丰度约为1.2倍太阳丰度（太阳丰度为0.017），质量约为8倍太阳质量，年龄为35百万年，距离我们1.4万光年。
基于对观测数据中恒星吸收谱线的测量，研究人员发现LB-1轨道周期为78.9天，并得到了B型星和Hα发射线的速度曲线（图1）。最终，他们计算得出该不可见天体的质量约为B型星质量的8倍，即约70倍太阳质量——它只能是黑洞！LB-1与其它恒星级黑洞有何不同？除了质量上的巨大差距，LB-1从未在任何X射线观测中被探测到。
研究人员用Chandra X射线天文台对该源进行了1万秒的观测，给出了它的X射线光度上限2×10^31 erg/s。这么低的光度表明黑洞对其伴星的吸积非常弱。对于银河系中一些低质量X射线双星，在X射线宁静态时也观测到了类似的Hα发射线，其中吸积盘在离黑洞较远处截断，不会延伸到黑洞视界临近的区域，从而不会产生显著的X射线辐射。
从2015年起，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）及欧洲室女座引力波天文台（Virgo）的引力波观测实验已经发现了重达几十个太阳质量的黑洞，质量远高于先前已知的银河系黑洞。本研究发现的70倍太阳质量的LB-1证实了银河系内也存在此类大质量恒星级黑洞（图2）。这颗黑洞的质量远超理论预言的质量上限，颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知，势必推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。
LAMOST是我国自主研制、全世界光谱获取率最高的光谱望远镜（图3）。它拥有4000颗眼睛（光纤），因此每次能观测近4000个天体。LAMOST巡天七年，于2019年成为全球首个获取光谱数突破千万的光谱巡天项目，为天文学家搜寻特殊天体、探索银河系形成与演化等提供了最有力的数据支持。LAMOST在这次科学发现中发挥了不可替代的作用。
刘继峰研究员介绍说，本研究提供了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法，接下来，他们会继续利用LAMOST对其它数个天区进行类似的观测。依托LAMOST极高的观测效率，天文学家有望发现一大批“深藏不露”的黑洞，开创批量发现黑洞的新纪元。