新的证据表明，第一个已知的黑洞比之前认为的更大，这可能迫使科学家重新考虑他们对巨型恒星如何产生黑洞的理解。
科学家认为，恒星质量黑洞（包含高达太阳质量数倍的质量）是在巨型恒星死亡并向内坍缩时形成的。有史以来发现的第一个黑洞是天鹅座 X-1，位于天鹅座的银河系内。天文学家在1964 年通过它从一颗近距离轨道运行的蓝色超巨星吸走的气体中看到了黑洞的最初迹象。当这种气体螺旋进入黑洞时，它变得非常热，以至于发出了卫星可以探测到的高能 X 射线和伽马射线。
2011 年的三项研究表明，天鹅座 X-1 距离地球约 6,070 光年，但新的研究表明，该黑洞实际上距离地球约 7,240 光年。由于该物体的其他特征是根据距离计算的，因此新的计算表明，天鹅座 X-1 比科学家们意识到的要大得多。
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为了估计黑洞的距离，科学家使用了所谓的视差技术，该技术将天鹅座 X-1 与其背景进行比较。“如果你伸出一根手指放在手臂的长度处，闭上一只眼睛，然后再闭上另一只眼睛，你就会看到它[你的手指]与更遥远的背景物体相比，似乎从一个位置移动到另一个位置，” 澳大利亚珀斯国际射电天文研究中心科廷大学节点的天体物理学家詹姆斯·米勒-琼斯说，他是这项新研究的主要作者，也是 2011 年一些研究的共同作者，他告诉 Space.com。“使用相同的想法，人们可以通过从地球绕太阳运行的不同有利位置观察天鹅座 X-1 来计算它有多远。”
2011 年的工作分析了来自黑洞伴星的光，以帮助估计恒星的直径。通过这项测量，研究人员计算了伙伴关系的其他细节，例如黑洞的质量，表明它大约是太阳的 14.8 倍质量。
然而，2011 年的研究并未收集黑洞绕其伴星完整轨道运行期间的数据。如果没有这些信息，先前的工作无法完全解释这些轨道运动可能如何影响距离和质量估计。
在新的研究中，米勒-琼斯和他的同事分析了来自甚长基线阵列 (VLBA) 的天鹅座 X-1 的观测结果，VLBA 是一个由散布在美国各地的 10 个天线组成的巨型射电望远镜。在连续几天进行的六次 12 小时长的观测过程中，研究人员监测了黑洞的完整轨道。
科学家们将视差技术应用于这些新数据以及 2011 年的数据，发现黑洞可能比之前认为的更远，距离地球约 7,240 光年。
这些新发现促使研究人员修改了天鹅座 X-1 伴星运动的模型，反过来又导致了对黑洞质量的新估计——约为太阳质量的 21.2 倍。这个尺寸使天鹅座 X-1 成为迄今为止通过光观测探测到的最大的恒星质量黑洞。（引力波天文台，例如LIGO，它可以探测时空结构中的涟漪，已经探测到更大的恒星质量黑洞，包括一个约为太阳质量 50 倍的黑洞。）
这些发现表明，形成恒星质量黑洞的恒星可能不会像之前认为的那样通过星风损失那么多物质。“黑洞的质量取决于它最初所形成恒星的质量，”米勒-琼斯说。“恒星会因表面吹出的星风而损失质量，而大质量恒星会产生更强大的星风。最大质量的恒星可能具有非常强大的星风，并且在形成黑洞之前会通过星风损失大量质量。”
因此，天鹅座 X-1 新发现的巨大尺寸表明，形成恒星质量黑洞的恒星可能比之前认为的更大。“之前的模型预测，我们银河系中一颗大质量恒星能够制造出的最大质量黑洞应该只有太阳质量的 15 倍左右，”米勒-琼斯说。“因此，发现质量为太阳质量 21 倍的物体意味着我们必须修改我们对这些大质量恒星损失多少质量的估计。”
该研究的共同作者、中国科学院的赵雪杉在北京的一份声明中说，黑洞质量和距离的最新估计也帮助揭示了该物体的自旋速度非常接近光速，“比迄今为止发现的任何其他黑洞都快”。
甚至更大的恒星质量黑洞可能正在等待科学家的关注。“天鹅座 X-1 不太可能是可以产生的最大质量的恒星质量黑洞，”米勒-琼斯说。“问题是我们能否识别它们，以及我们能多准确地测量它们的质量？”
科学家们在 2 月 18 日在线发表在《科学》杂志上的文章中详细介绍了他们的发现。另外两篇侧重于这项工作不同方面的论文也于 2 月 18 日发表在《天体物理学杂志》上。
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