昨天，天文學領域發生了一件大事，你可能也關注到了，我國的天文學家發現了最大質量的恆星級黑洞。
11月28日，《自然》雜誌發佈了這項重大發現。中國科學院國家天文臺的劉繼峰、張昊彤研究團隊，用咱們國家自主研製的郭守敬望遠鏡（LAMOST）（郭守敬(1231年-1316年)，字若思。邢州邢臺縣(今河北省邢臺市)人。元朝著名的天文學家、數學家、水利工程專家 ），發現了在銀河系裡的恆星黑洞，質量達到70倍太陽質量。
這裡說明一下，太陽質量是天文學裡常用的一個衡量單位，顧名思義，相當於一個太陽的質量。這個單位，在研究恆星和黑洞的時候經常會用到。
其實，發現黑洞已經不能算是什麼新聞了。如果你關心天文學，你肯定知道，咱們人類不只發現了黑洞，今年4月，還給黑洞拍了照片。
那次拍攝的黑洞，質量可以達到太陽質量的65億倍。而這次發現的黑洞呢，才只有70倍太陽質量。所以，為什麼說這個發現是個大事呢？
用黑洞發現者劉繼峰老師的話來說，這次的發現之所以是個大事，是因為我們現有的所有天文學知識，都不足以解釋這個黑洞的存在，“天文學因為這個黑洞的出現，進入了禁區”。
這個黑洞，到底它怪在哪。這個黑洞怪就怪在，它的質量非常特殊。
黑洞按照質量來劃分，可以分為三種。我國這次發現的恆星級黑洞，又叫小質量黑洞。按照基本的理論模型，這種黑洞的質量，是100倍太陽質量以下。
不過，這個100倍太陽質量只是一個標準，一個邊界，實際上，不論是理論上還是觀測中實際看到的，小質量的黑洞根本就不會超過30多倍太陽質量。
因為一個恆星，死亡之後大量的物質都被吹開了，最後形成黑洞的質量，一般只有原來恆星的20%。而這次發現的黑洞，達到70倍太陽質量，在現有的理論框架下，根本無法解釋。
要想形成70倍太陽質量的黑洞，只有三種可能性：
第一，恆星本身更加巨大，要達到300倍太陽質量以上；
第二，恆星死亡後吹出去的外殼物質很少，大部分都留在了核心成為黑洞；
第三，這次發現的黑洞，是由兩個黑洞合併而成。
但是，從現有的理論來看，這三種可能性都不大。咱們一個一個來看看。
先來看第一個可能性，這個黑洞原本的恆星，要達到300倍以上太陽質量。為什麼說這不太可能呢？因為人類目前還從來沒有看到過300倍太陽質量的恆星，連100倍太陽質量以上的恆星都非常罕見。所以我們很難確定，一個300倍太陽質量的恆星是不是真的存在。
按照我們目前瞭解的規律來看，即便在宇宙裡擁有這麼多物質，它更容易形成的是數十顆小恆星組成的星團，而不是一顆超大恆星。
要讓一個超大範圍內的海量物質聚集，不出現局部的干擾，形成一個大恆星，這本身就是對現有動力學模型的嚴峻挑戰。所以，這個可能性並不是很大。
接下來，我們再來看第二種可能性：恆星本身不是特別巨大，但是吹出去的物質少，留下的部分多，最終形成這個黑洞。
要實現這個結果，現有的理論認為，恆星的化學成分必須要特別單一。只有比較純淨的物質組成的恆星，才有可能保留比較多的材料形成大的黑洞。但據科學家推斷，這個新發現的黑洞，構成它的恆星，元素可能有100種之多。
也就是說，恆星的化學組成非常複雜，沒有產生大黑洞的條件。
這第二條路也堵死了。
你可能會問，這麼大的黑洞自己單獨形成確實不容易，有沒有可能是兩個小一點的黑洞合併成的呢？這是第三種可能性。
的確，黑洞靠近之後可能會合並。不過，在咱們說的這個案例中，天文學家把這個可能性也給排除了。
為什麼呢？軌道不對。什麼意思呢？
新發現的黑洞，在它旁邊有一顆恆星，黑洞和這顆恆星相互繞轉，它們繞轉形成的軌道是一個非常接近圓形的軌道。
高爽老師告訴我，如果軌道很圓，這其實意味著它們之間的繞轉應該是從誕生時就存在的，而且一直長期、穩定地存在。
這就像咱們的太陽系一樣，地球和太陽幾乎同時產生。地球產生之後就一直穩定地圍繞著太陽轉動，才會形成接近圓形的地球軌道。
可如果是兩個黑洞合併，或者是外來的黑洞入侵了原來的系統，按理說形成的軌道應該是橢圓形，而不是圓形的。
當然，隨著時間的推移，橢圓形的軌道會變成圓形的。但是，按照天文學家的計算，假如這個黑洞是這種情況，那發生這種變化需要的時間會比宇宙的年齡還要長。所以，這個黑洞也不太可能是經過合併形成的。
說到這，你也發現了吧？在現有的模型體系下，這個銀河系內的70倍太陽質量的巨大黑洞，無論如何都是不應該形成的。
這就是為什麼發現者劉繼峰老師說，“我們現在進入了天文學規律的禁區”。
其實，一顆恆星從形成到演化成黑洞，這算得上是天文學模型體系中最基礎的一個環節。但是，現在一個看似“不可能”的黑洞就擺在我們的眼前，這也意味著，天文學裡最基礎的環節遭到了巨大挑戰。
注意啊，這次挑戰的理論，可不是什麼平行宇宙或者宇宙創生之類的大尺度的理論，而是具體到一顆恆星怎麼誕生的最基礎的小尺度問題。
這個最基礎的環節遭遇挑戰，意味著整個天文學目前取得的大部分知識，可能都僅僅是局部的、暫時的、近似的理論而已，而不是真理。
那接下來的問題就來了，這個黑洞就在銀河系內，距離我們並不算太遠。為什麼天文學家之前沒有發現過呢？
你也知道，黑洞本身是看不見的，黑洞的發現一直是個難題。
這次用了一種新的觀測方法，靠觀測黑洞邊上恆星的特殊運動軌跡，來發現黑洞。但是，每一顆恆星你要長時間觀測它，要觀測幾百上千次，才能確定它運動軌跡變化的規律。而天上的恆星那麼多，要是把所有的都觀測一遍，這種工作量就好比大海撈針，效率實在太低了。
但是，咱們國家這回使用的郭守敬望遠鏡恰好可以解決這個問題。
郭守敬天文望遠鏡
郭守敬望遠鏡口徑有4米，有4000根光纖，它可以同時對準不同的目標。什麼意思呢？這意味著，用郭守敬望遠鏡觀測一次，相當於有4000臺望遠鏡同時觀測。
所以，你可以想象到，這是世界上效率最高的望遠鏡。它特別適合執行“大海撈針”的工作。如果讓普通的同等口徑的望遠鏡執行這次的黑洞發現任務，需要耗時40年。
正是有了郭守敬望遠鏡，這次黑洞探測的工作才有可能實現。
為了進一步揭開黑洞帶給我們的疑問，國家天文臺現在已經發起了新的“黑洞獵手”計劃。他們計劃在未來5年發現幾百個新黑洞，進一步探索打破原來的模型體系的可能性。
聽到這你可能會擔心，打破了舊有的模型，會不會對整個天文學的體系造成巨大的衝擊。作為天文學家，這種衝擊是百年難得一見的好事。
好在哪兒呢？因為這件事給了我們兩個重要的提醒：
第一，天文學獲取的信息實在是太有限了，現在我們掌握的全部知識可能都只是階段性的認知。
所以面對龐大的宇宙，我們還是要保持謙卑，要一點一點地積累我們的認知，時刻保持高度警惕。
第二，科學理論只是通往科學真理的階段性的進步，但不等於真理本身。這個道理其實是科學發展的精神，普遍適用於所有的科學理論，只不過在天文學領域中體現得特別極致。
天文學今天的發現和遭遇的挑戰，肯定要用全新的思維方式才能解決和繼續發展。
所以，天文學家這次發現的黑洞雖然不發光，但它卻可以看成是未來新的思維方式的曙光。這當然是一件好事。
