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我国望远镜发现恒星级黑洞:名副其实宇宙“吸光器”
 北京时间2019年11月28日消息,今日,国际顶尖科学期刊《自然》在线发布了我国天文学家主导的一项重大发现。中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究员领导的研究团队发现了一颗迄今为止最大质量的恒星级黑洞,并提供了一种利用我国重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST)的巡天优势寻找黑洞的新方法,这颗70倍太阳质量的超大恒星级黑洞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。

  宇宙吸光器

  霍金在其最后的著作《十问》中写道,“事实有时候比小说更奇妙,黑洞最能真实地体现这一点,它比科幻作家想象的任何东西都更奇妙”。 1915年爱因斯坦提出广义相对论,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,预示了黑洞的存在。自此人类就没有停止过对这种神秘天体的想象和探索。1965年,天鹅座X-1因其强X射线辐射成为第一颗被发现的黑洞侯选体;2015年,首次探测到的引力波为黑洞的存在提供了更为具体的证据;2019年,天文学家历时10年利用四大洲八个观测点捕获了黑洞的视觉证据——首张黑洞“芳容”,让这个曾经“看不见摸不着”的诡异天体有了一丝亲和力。黑洞到底是什么,为何让一代代天文学家为之如此着迷?本身不发光,密度非常大(把10倍于太阳质量的恒星压缩到直径为北京六环大小的球体中,这样的密度就相当于黑洞的密度),具有超强的吸引力,任何从其身边经过的物质,就连速度最快的光也无法逃离,这种神奇的天体就是黑洞。因此可以说,黑洞是名副其实的宇宙真空“吸光器”。

  天文学家根据黑洞质量的不同,将黑洞大致分为恒星级黑洞(100倍太阳质量以下)、中等质量黑洞(100-10万倍太阳质量)和超大质量黑洞(10万倍太阳质量以上)。恒星级黑洞是由大质量恒星死亡形成的,是宇宙中广泛存在的 “居民”。一颗恒星演化到最后如果剩下的质量太多(大于3倍太阳质量),多到既不能形成白矮星,也不能成为中子星,一旦进入死亡阶段,就没有任何力量可以阻止这颗恒星在终极引力的作用下持续塌缩,最终形成致密的黑洞。球状星团和矮星系中心或许有中等质量的黑洞,而在星系的中心存在着超大质量黑洞,比如银河系中心就有一个约400万倍太阳质量的超大质量黑洞。

  黑洞神秘而又有趣,若龙潜深渊,隐藏爪牙,潜行于宇宙星海中。黑洞本身不发光,天文学家又如何在茫茫宇宙中寻找到它们呢?奈何它们身边的小伙伴们实在是太高调,周边吸积盘或者伴星都表现出异样的“气场”。如果黑洞与一颗正常恒星组成一个密近双星系统,黑洞就会露出狰狞的爪牙,以强大的“胃口”直接把恒星伴星上的气体物质吸过来,形成吸积盘,发出明亮的X射线光(图一)。这些X射线光如同这些物质被黑洞吞噬前的“回光返照”,就是这一“照”成为天文学家过去这些年追寻黑洞踪迹的强有力线索。

  迄今为止,银河系中几乎所有的恒星级黑洞都是通过黑洞吸积伴星气体所发出的X射线来识别的。过去的五十年里,人们用该种方法发现了约二十颗黑洞,质量均在3到20倍太阳质量之间。银河内有数以千亿计的恒星,按照理论预测,银河系中应该有上亿颗恒星级黑洞,而在黑洞双星系统中,能够发出X射线辐射的只占一小部分。当黑洞和它的伴星距离较远时,我们的“大胃王”也会表现出平静温和的一面,那对于这些平静态(不吸积伴星气体)的黑洞如何来搜寻呢?天文学家在发现这颗最大恒星级黑洞的过程中给出了全新的答案。

  星星在绕“谁”运动?

  国家天文台刘继峰研究员和张昊彤研究员领导的研究团队在浩瀚星海中发现了一个表现异常的双星系统,这其中会不会包含一颗深藏不露的黑洞呢?700多天的追逐之路饱含了艰辛和精彩。

  2016年初,LAMOST科学巡天部主任张昊彤研究员和云南天文台韩占文院士提出利用LAMOST观测双星光谱,开展双星系统的研究计划,并选择了开普勒一个天区(K2-0)中的3000多个天体进行了为期两年的光谱监测。在这其中有一颗“走路拉风”的B型星引起了研究人员的关注,这颗星表现出规律地周期性运动和不同寻常的光谱特征。这条LAMOST“眼中”的B型星光谱携带了非常丰富的信息,除了可以获取它的有效温度、表面重力、金属丰度等重要信息外,光谱中一条近乎静止且运行方向和B型星反相位的明线(Hα发射线)给这颗星增添了足够的神秘感。研究人员怀疑这颗B型星背后一定有故事,它到底在绕着看不见的“谁”运动?莫非真的是黑洞!!!天文学家在追逐宇宙真相的道路上从来都不会轻易放过任何一种可能。

  为了进一步验证这颗特殊B型星背后的真相,研究人员随即申请了西班牙10.4米加纳利大望远镜(GTC)的21次观测和美国10米凯克望远镜(Keck)的7次高分辨率观测,进一步确认了B型星的性质。

  根据光谱信息,研究人员计算出B型星的金属丰度约为1.2倍太阳丰度,质量约为8倍太阳质量,年龄约为35百万年,距离我们1.4万光年。根据B型星和Hα发射线的速度振幅之比,研究人员计算出该双星系统中存在一个质量约为70倍太阳质量的不可见天体,它只能是黑洞。B型星背后的“大BOSS”就这样被天文学家挖了出来,这样的结果无疑是让人们兴奋和惊喜的,然而机遇永远都是留给有准备的人,没有两年前茫茫星海的“撒网”,也便没有今天这个“主角”的出现。

  为了纪念LAMOST在发现这颗巨大恒星级黑洞上做出的贡献,天文学家给这个包含黑洞的双星系统命名为LB-1(图三)。与其他已知的恒星级黑洞不同,LB-1从未在任何X射线观测中被探测到,这颗黑洞和它的伴星相距较远(1.5倍日地距离)。研究人员用美国钱德拉X射线天文台对该源进行观测,发现这颗新发现的黑洞对其伴星吸积非常微弱,是一个“平静温和”的恒星级黑洞 “冠军”。

  黑洞“冠军”的前世今生

  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几十倍太阳质量的黑洞,质量远高于先前已知的银河系里的恒星级黑洞。而研究人员发现的这颗70倍太阳质量的超级黑洞不仅揭示了银河系内也存在此类大质量恒星级黑洞,同时刷新了人类对于恒星级黑洞质量上限的认知(图四)。

  该论文第一作者刘继峰研究员介绍说,一般模型认为大质量恒星级黑洞主要形成于低金属丰度(低于1/5太阳金属丰度)环境中,LB-1却有一个与太阳金属丰度相近的B型星。目前恒星演化模型只允许在太阳金属丰度下形成最大为25倍太阳质量的黑洞,因此,LB-1中黑洞的质量已经进入了现有恒星演化理论的“禁区”。这可能意味着有关恒星演化形成黑洞的理论将被迫改写,或者以前某种黑洞形成机制被忽视。LIGO台长大卫。雷茨评论说,“在银河系内发现70倍太阳质量的黑洞,将迫使天文学家改写恒星级质量黑洞的形成模型。这一非凡的成果,将与过去四年里LIGO及Virgo探测到的双黑洞并合事件一起,推动黑洞天体物理研究的复兴”。

  另一种可能性,LB-1中的黑洞或许不是由一颗恒星坍缩形成的。研究人员猜想,LB-1最初是一个三体系统,观测到的B型星位于最外轨道,是质量最小的组成部分,而现在的黑洞是由最初内部的双星形成的双黑洞并合而成。在这种情形下,该系统将是黑洞并合事件的绝佳候选体,并为研究三体系统中双黑洞形成提供了独一无二的实验室。

  “光谱之王”和“黑洞之王”的彼此成就

  这颗 “黑洞之王”的发现充分证实了LAMOST望远镜强大的光谱获取能力。LAMOST拥有4000颗眼睛(4000根光纤),一次能观测近4000个天体。2019年3月,LAMOST公开发布了1125万条光谱,成为全球首个突破千万的光谱巡天项目,被天文学家誉为全世界光谱获取率最高的“光谱之王”(图五)。从2016年11月开始,为了发现和研究光谱双星,研究人员利用LAMOST对开普勒一个天区的3000多颗恒星历时两年进行了26次观测,累计曝光时间约40小时。如果利用一架普通四米望远镜专门来寻找这样一颗黑洞(一年观测365天,每天观测8小时),同样的几率下,则需要40年的时间!这充分体现出LAMOST超高的观测效率!

  “工欲善其事必先利其器”,LAMOST这台“天文利器”助力天文学家发现了今天的主角“黑洞之王”,而“黑洞之王”的现身也为“光谱之王”——LAMOST增添了更多精彩。这颗迄今为止最大质量的恒星级黑洞,也是LAMOST发现的第一颗黑洞,它的出现将标志着利用LAMOST巡天优势搜寻黑洞新时代的到来。相信“光谱之王”和“黑洞之王”的彼此成就将成为天文界津津乐道的一段佳话。

  LB-1是一个X射线辐射宁静的双星系统,利用常规X射线方法搜寻这类黑洞是行不通的。长期以来,人们认为径向速度监测可以发现平静态的黑洞双星,这颗迄今最大质量黑洞的发现证实了这一点。利用LAMOST大规模巡天优势和速度监测方法,相信天文学家将会发现一批深藏不露的平静态黑洞, 从而逐步揭开这个黑暗“家族”的内幕,为研究黑洞成员的形成演化以及质量分布迈出标志性的一步。

曾见轻启朱唇出口诗
万种风情正当时
常怜金玉质偏生就蒲柳姿
恰如明珠埋尘当面人不识
也曾观海意气满于海
看山生发凌云志
曾戏言若有朝一日双目倦怠于此
尚可妙语作赋说尽今生事
算来苍生二字最易单薄于纸
风雅园中既折花一枝
便应有我独与悠悠众口执不同一词
遑论我才高几斗
笔下藏天地宽阔几春秋
春花彩秋月白光流白光流
敢拢冰霜携入袖

虚云老和尚开示的四个必要的修行条件。​虚云老和尚关于入定的开示

正法住世 3天前

虚云老和尚对戒尘法师关于入定的开示


虚云老和尚当年已经六十七岁,在终南山住茅蓬。而戒尘法师,当时已经是一位讲大部经的法师了,听说老和尚在高旻寺开了悟,便到终南山茅蓬找老和尚辩论禅宗的机锋语。老和尚听他把话说得很大,便对他说:「你的机锋辩论虽然很好,但这个不是你自己真正工夫,在生死根本上作不了主,阎王老子不会放过你的。不要再多辩了,咱们俩坐坐看吧。于是他们两人就在茅蓬里打坐。老和尚一坐,就是七日七夜,如如不动。而戒尘法师只坐了半天,双腿已痛得不得了,心里的妄想更是烦躁不安。

戒尘法师每天都绕着老和尚走几圈,好不容易才等到第七天,老和尚终于出定了。他问老和尚:「您在定中,是有觉知,还是没有觉知呢?若是有觉知的话,就不名为入定;如果没有觉知的话,那岂不是枯定,不就是所谓的死水不藏龙吗?」老和尚说:「要知道禅宗这一法,原不以定为究竟,只求明心见性。若是真疑现前,其心自然清净。由于疑情不断,所以不是无知;也因没有妄想,所以不是有知。虽然没有妄想之知,但就是一支针掉在地上,也能听得清清楚楚;你每天绕着我走几圈,我都知道,只因疑情之力,不起分别而已。虽然不起分别,因为有疑情在,功用不断,所以不是枯定。虽然不是枯定,这亦只不过是功用路途中事,并非就是究竟的。所以过去这七天,我只是觉得好像一弹指间就过去了,如果我一生分别心,便会出定了。参禅办道的人,必须将此疑情,疑至极处,一旦因缘时至,打破疑团,摩着自家鼻孔,才是真正的道契无生啊!」自此以后,戒尘法师就一直跟随着老和尚,对他老人家非常信服和尊敬了

虚云老和尚开示的四个必要的修行条件。如下

深信因果

无论什么人。尤其想用功办道的人。先要深信因果。若不信因果。妄作胡为。不要说办道不成功。三涂少他不了。佛云。“欲知前世因。今生受者是。欲知来世果。今生作者是。”又说。“假使百千劫。所造业不亡。因缘会遇时。果报还自受。”楞严经说。“因地不真。果招纡曲。”故种善因结善果。种恶因结恶果。种瓜得瓜。种豆得豆。乃必然的道理。谈到因果。我说两件故事来证明。

一。琉璃王诛释种的故事。释迦佛前。迦毗罗阅城里有一个捕鱼村。村里有个大池。那时天旱水涸。池里的鱼类尽给村人取吃。最后剩下一尾最大的鱼。也被烹杀。祗有一个小孩从来没有吃鱼肉。仅那天敲了大鱼头三下来玩耍。后来释迦佛住世的时候。波斯匿王很相信佛法。娶释种女生下一个太子。叫做琉璃。琉璃幼时在释种住的迦毗罗阅城读书。一天因为戏坐佛的座位。被人骂他。把他抛下来。怀恨在心。及至他做国王。便率大兵攻打迦毗罗阅城。把城里居民尽数杀戮。当时佛头痛了三天。诸大弟子都请佛设法解救他们。佛说定业难转。目犍连尊者以神通力用钵摄藏释迦亲族五百人在空中。满以为把他们救出。那知放下来时。已尽变为血水。诸大弟子请问佛。佛便将过去村民吃鱼类那段公案说出。那时大鱼就是现在的琉璃王前身。他率领的兵。就是当日池里的鱼类。现在被杀的罗阅城居民。就是当日吃鱼的人。佛本身就是当日的小孩。因为敲了鱼头三下。所以现在要遭头痛三天之报。定业难逃。所以释族五百人。虽被目犍连尊者救出。也难逃性命。后来琉璃王生堕地狱。冤冤相报。没有了期。因果实在可怕。

二。百丈度野狐的故事。百丈老人有一天上堂。下座后。各人都已散去。独有一位老人没有跑。百丈问他做什么。他说。‘我不是人。实是野狐精。前生本是这里的堂头。因有个学人问我‘大修行人还落因果否。’我说。‘不落因果。’便因此堕落。做了五百年野狐精。没法脱身。请和尚慈悲开示。’百丈说。‘你来问我。’那老人便道。‘请问和尚。大修行人还落因果否。’百丈答道。‘不昧因果。’那老人言下大悟。即礼谢道。‘今承和尚代语。令我超脱狐身。我在后山岩下。祈和尚以亡僧礼送。’第二天百丈在后山石岩以杖拨出一头死狐。便用亡僧礼将他化葬。我们听了这两段故事。便确知因果可畏。虽成佛也难免头痛之报。报应丝毫不爽。定业实在难逃。我们宜时加警惕。慎勿造因。

严持戒律

用功办道首要持戒。戒是无上菩提之本。因戒才可以生定。因定才可以发慧。若不持戒而修行。无有是处。楞严经四种清净明诲。告诉我们。不持戒而修三昧者。尘不可出。纵有多智禅定现前。亦落邪魔外道。可知道持戒的重要。持戒的人。龙天拥护。魔外敬畏。破戒的人。鬼言大贼。扫其足迹。从前在罽宾国近著僧伽蓝的地。有条毒龙时常出来为害地方。有五百位阿罗汉聚在一起。用禅定力去驱逐他。总没法把他赶跑。后来另有一位僧人。也不入禅定。仅对那毒龙说了一句话。‘贤善远此处去。’那毒龙便远跑了。众罗汉问那僧人什么神通把毒龙赶跑。他说。‘我不以禅定力。直以谨慎于戒。守护轻戒。犹如重禁。’我们想想。五百位罗汉的禅定力。也不及一位严守禁戒的僧人。或云。六祖说。‘心平何劳持戒。行直何用参禅。’我请问你的心已平直没有。有个月里嫦娥赤身露体抱著你。你能不动心吗。有人无理辱骂痛打你。你能不生嗔恨心吗。你能够不分别冤亲憎爱。人我是非吗。统统做得到。才好开大口。否则不要说空话。

坚固信心

想用功办道。先要一个坚固信心。信为道源功德母。无论做什么事没有信心。是做不好的。我们要了生脱死。尤其要一个坚固信心。佛说大地众生皆有如来智慧德相。只因妄想执著。不能证得。又说了种种法门。来对治众生的心病。我们就当信佛语不虚。信众生皆可成佛。但我们为什么不成佛呢。皆因未有如法下死功夫呀。譬如我们信知黄豆可造豆腐。你不去造他。黄豆不会自己变成豆腐。即使造了。石膏放不如法。豆腐也会造不成。若能如法磨煮去渣。放适量的石膏。决定可成豆腐。办道亦复如是。不用功固然不可以成佛。用功不如法。佛也是不能成。若能如法修行。不退不悔。决定可以成佛。故我们应当深信自己本来是佛。更应深信依法修行决定成佛。永嘉禅师说。‘证实相。无人法。刹那灭却阿鼻业。若将妄语诳众生。自招拔舌尘沙劫。’他老人家慈悲。要坚定后人的信心。故发如此弘誓。

决定行门

信心既具。便要择定一个法门来修持。切不可朝秦暮楚。不论念佛也好。持咒也好。参禅也好。总要认定一门。蓦直干去。永不退悔。今天不成功。明天一样干。今年不成功。明年一样干。今世不成功。来世一样干。沩山老人所谓。‘生生若能不退。佛阶决定可期。’有等人打不定主意。今天听那位善知识说念佛好。又念两天佛。明天听某位善知识说参禅好。又参两天禅。东弄弄。西弄弄。一生弄到死。总弄不出半点‘名堂。’岂不冤哉枉也。


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