双星系统的描述，其中一颗恒星围绕着异常大的恒星黑洞运行。图片:ESO

银河系中心的超大质量黑洞是银河系无可争议的重量级冠军，但一个新发现的物体摘得了银河系已知最大恒星黑洞的桂冠，其质量是太阳质量的33倍，令人印象深刻。

由巴黎天文台天文学家帕斯奎尔·帕努佐(Pasquale Panuzzo)领导的一个研究小组发现了迄今为止在银河系中发现的最大的恒星黑洞。盖亚BH3使之前的记录保持者天鹅座X-1相形见绌，天鹅座X-1的质量只有21个太阳的质量。今天发表在《天文学与天体物理学》杂志上的一篇论文详细介绍了这些发现。

盖亚BH3位于天鹰座，距离地球大约2000光年。该团队在审查欧洲航天局盖亚任务的数据时发现了它，盖亚任务是一个自2013年以来一直运行的天基天文台。盖亚正在进行的任务是构建我们银河系最详细的三维地图。天文学家已经知道围绕BH3运行的恒星，但它作为黑洞伴侣的地位完全出乎意料，而由此产生的重量更是如此。

BH3目前是银河系已知的三个最大黑洞中最重的一个。图片:ESO

“当我第一次看到结果时，我确信数据有问题。我简直不敢相信，”帕努佐告诉Gizmodo。“现在，我觉得我真的完成了人生的发现!”

这一发现得到了一系列地面天文台和精密仪器的支持，包括位于智利的欧洲南方天文台甚大望远镜上的紫外和视觉梯队光谱仪(UVES)，位于西班牙墨卡托望远镜上的赫尔墨斯光谱仪，以及位于法国的索菲高精度光谱仪。

天文学家利用盖亚的精确测量来确定轨道的大小和恒星绕黑洞一圈所需的时间。然后，他们应用开普勒定律(描述行星和恒星运动的原理)，根据轨道的大小和周期计算黑洞的质量。他们采用了两种方法:一种是天体测量法，跟踪伴星在天空中移动位置时的轻微摆动;另一种是光谱学，利用多普勒效应来测量恒星靠近或远离我们的速度。

恒星黑洞是大质量恒星在自身引力作用下坍缩的残骸，通常形成的黑洞质量约为太阳的10倍。盖亚BH3的巨大质量表明，它起源于一颗金属贫乏的恒星，这颗恒星在其一生中保留了更多的质量，因此可能在其死亡时形成一个更大的黑洞。

相比之下，位于银河系核心的超大质量黑洞人马座A*要大得多，大约是太阳质量的400万倍。这些庞然大物并不是由一颗恒星的坍缩形成的，而可能是由较小的黑洞合并以及数百万年来气体和恒星物质的积累而形成的。

Panuzzo解释说，恒星黑洞“是由一颗大质量恒星的引力坍缩形成的，这颗恒星的质量可能是太阳的40到50倍。”“与太阳的100亿年相比，这类恒星的寿命很短，只有几百万年，它们的生命以超新星结束，留下一个黑洞。这就是为什么我们称它们为‘恒星’黑洞，以免将它们与星系中心的超大质量黑洞混淆。”

帕努佐说，我们的星系中“很可能”存在更大的恒星黑洞。此前，LIGO-Virgo-KAGRA引力望远镜探测到遥远星系中80多个太阳质量的黑洞合并。事实上，重恒星黑洞以前也被探测到过，但在其他星系中，使用的是替代的探测方法。这些遥远的黑洞是通过引力波天文学来识别的，引力波天文学观察由恒星黑洞合并引起的时空涟漪。我问帕努佐，为什么我们能够在遥远的星系中发现巨大的恒星黑洞，但直到最近才在我们自己的星系中发现一个。

“有两个原因，”他说。首先，LIGO-Virgo-KAGRA引力望远镜能够探测到非常遥远的黑洞合并，探测数十亿个星系。第二种说法是，这些黑洞是由金属丰度低的大质量恒星产生的，也就是说，这些恒星几乎完全由氢和氦组成，只有其他元素的痕迹。帕努佐说:“这些恒星在我们的星系中只存在于婴儿期，所以我们再也看不到银河系中新的大质量黑洞的形成了。”

研究中使用的数据最初是为下一次盖亚数据发布准备的，预计在2025年底发布。然而，由于这一发现的重要性，研究小组选择提前发表这一发现。“这一发现对恒星演化模型和引力波场有很多影响，”帕努佐解释说。“人们认为，这个特殊的发现不可能在等待下一个版本发布的两年内向社区隐瞒。”他补充说，更重要的是，通过现在披露，科学界可以更早地进行后续观察。

为此，未来ESO甚大望远镜干涉仪上的重力仪器的观测将旨在确定这个黑洞是否正在从周围环境中吸引物质，从而对其性质和行为提供更深入的了解。