天鹅座X1系统想象图。资料图片
在北京时间2月19日的凌晨时分，国际学术期刊《科学》杂志，以及《天体物理学报》，有3篇文章联合发布了相关内容，那是对历史上所发现的第一个恒星级黑洞钓鱼网，也就是天鹅座X1的最新精确测量结果。
分别来自澳大利亚、美国以及中国的3个科研团队，各自独立地针对黑洞的距离、质量、自旋以及其演化，展开了最为精确的测量以及限制，他们发现这个系统当中包含了一个质量为21倍太阳质量的黑洞，而且其自转的速度接近光速。
这是人类迄今为止，发现并且确认的，唯一一个黑洞质量超过20倍太阳质量，且自转速度如此之快的X射线双星系统。其中，中国科学院国家天文台研究员苟利军，以及其学生赵雪杉、郑雪莹，是《科学》杂志论文的合作者，并且作为第一作者以及通讯作者，在《天体物理学报》发表了关于黑洞自转精确测量的文章。
目 标
瞄准人类历史上发现的首个恒星级黑洞
黑洞一直是宇宙中最神秘的谜团之一。
恒星质量大，在核聚变反应燃料耗竭之际，内核会急剧地坍缩，当质量大于大约3倍太阳质量之时，就会坍缩成一个奇点，进而成为黑洞，因其密度极高，引力强有力，就连光也没办法从它那附近逃脱。
按照质量不一样的情况，黑洞大概分成恒星级黑洞（它是在100倍太阳质量以下的）、中等质量黑洞（也就是100到10万倍太阳质量的那种）以及超大质量黑洞（是10万倍太阳质量以上的）。恒星级黑洞是因为大质量恒星死亡从而形成的，在宇宙当中广泛存在着。
首个于人类历史中被发现的黑洞候选体，是天鹅座X1，它属于一个X射线双星系统，此系统里有能够产生X射线源的致密星之外，还存在一个蓝巨星。在1964年，美国探空火箭首次发现了这个系统，自那之后，其中致密天体到底是黑洞还是中子星这一问题，始终是高能天体物理研究领域的热点。
二十世纪七十年代的时候，物理学家索恩以及霍金曾针对此问题展开争论，一直到九十年代，越来越多的观测所获取的证据显示这个系统的中心理应是黑洞，然而对于该系统的性质始终欠缺精确的测量。
在2011年的时候，苟利军以及和他合作的人，将测量的目标指向了这颗黑洞，苟利军讲，一方面的原因是，它属于人类历史上所发现的首个恒星级黑洞，是最为有名的，另外一方面的原因是，它距离我们相对而言比较近，能够凭借现有的望远镜达成精确观测。
方 法
通过测量质量和自转速度来描述黑洞性质
黑洞的最基本参数是质量、自转速度以及电荷，黑洞周围存在诸多带电粒子，要是黑洞带电，极易吸附周围其他异性电荷，最终达成电平衡，故而，只需知晓质量与自转速度这两个参数，便能完整描述黑洞，进而区分不同的黑洞。
那么，黑洞如此巨大，用什么方法测量它的质量呢？
苟利军介绍，有一种方法，在天文学当中，它被称作动力学方法。苟利军说，这个名词，听起来十分陌生，然而究其实质，原理还算挺简单，也就是借助围绕黑洞转动的恒星的速度，以及轨道半径来展开计算，随后运用开普勒定律进行计算。苟利军还讲，这跟高中物理里面测量太阳质量以及地球质量的方法，在原理方面都是一致的。并且，苟利军指出，当然在具体的观测以及之后的数据拟合阶段，情况还是比较复杂的。
相比黑洞的质量测量高中物理双星系统，其自转速度的测量难度大很多。
黑洞质量的测量，依靠双星系统中伴星的运动，伴星通常彼此相隔几百万千米，对于目前天文学测量精度而言，在一定距离范围内是可测量到的。然而，自转仅影响靠近黑洞视界面大约几百公里的范围，这对于人类目前测量水平来说，尺度太小，难度太大，只能通过间接方式测量。
苟利军说，尽管当下我们已然拥有了性能强大的望远镜，凭借其能够观测到极为微弱的宇宙信号，然而对这些微弱信号的来源进行解释却具备极大的难度，比如说，所观测到的信号是不是全都源自于所期待的源，有没有存在之前未曾留意的因素对探测到的信号产生影响。
意 义
帮助了解黑洞周围的时空特性及其演化史
黑洞测量难度之大，导致苟利军团队的测量过程一波三折。
2011年，苟利军跟合作者，首次对这颗黑洞的性质展开精确测量尝试，那时得出的结果是，这个黑洞系统跟地球的距离是6067光年，质量是太阳质量的14.8倍，还发现黑洞的视界面在以72%的光速转动。不过两年后，欧洲航空局发射了盖亚卫星，测量出天鹅座X1的距离更远些，大概是7100光年。
两次结果呈现出较大的差异，之后，有一支来自澳大利亚的小队，对天鹅座X1的距离又一次展开测量以及确认，将之前的数据予以结合，进而得出天鹅座X1黑洞最新的距离是7240光年，这和盖亚卫星所提出的距离几乎是一样的。
究竟是因何缘故，才致使这般的偏差得以出现呢？苟利军表述称：“先前于拟合其距离的进程当中，存在着一些我们未曾予以考量的因素，就好比喷流所产生的效应最终引发的误差。在综合考量了这些误差效应以后，我们最终收获了与盖亚卫星相一致的结果。”。
在此基础之上，那个合作团队又重新对光学数据展开分析，结果发现黑洞的质量出现了增加的情况，增加幅度为50%，并且增加到了太阳质量的21倍这一数值，而这是一个X射线双星系统，目前在这样的系统里，它是唯一的一个主星质量超过20倍太阳质量的黑洞类型的X射线双星系统。与此同时，他们还发现此次针对黑洞转动情况的测量显示，其转动变得更加极端了，该黑洞的视界面正以至少95%的光速进行自转，这一速度基本已经接近了光速，而这同样是目前已知的，唯一一个处于如此高速转动状态的黑洞系统。
苟利军觉得，晓得黑洞的质量以及自转速度，有益于更进一步去了解它周边的时空特性，连同黑洞的演化历史。“此次我们针对天鹅座X1的基本参数开展了精准测量，在此之后便能够深入探究这个黑洞的其他性质了。另外，我们具备对恒星演化作出精准限定的能力，还能够和其他黑洞系统进行比较，像引力波发现的黑洞，很多没有转动或者转动非常少高中物理双星系统，这极有可能表明引力波所发现的黑洞经历了不一样的演化进程，这同样是未来需要深入研究的一个课题。”。
苟利军表明，关于黑洞性质的精细探究这一工作始终是团队之中的重点研究项目跟课题。“在当前已经确认的20多个黑洞系统里面，我们就已针对其中10多个黑洞系统展开了完整测量，不过一些系统的测量精准度却还并非很高，我们于未来同样期望借助多光谱波与诸般信息处理阶段以及手段，对于其中的一些进行更为精确的测量。”。