研究黑洞及其周圍天體的物理過程是美國宇航局提出的當(dāng)下4個(gè)天體物理前沿之一。目前科學(xué)家已經(jīng)觀測證實(shí)了兩種黑洞，一種是幾個(gè)太陽質(zhì)量的恒星級黑洞，產(chǎn)生于大質(zhì)量恒星的死亡；另一種是星系中心的幾百萬到幾億個(gè)太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞。不久前，中國科學(xué)家通過對X射線極亮天體的動力學(xué)測量，成功觀測到了第三種黑洞，即幾千個(gè)太陽質(zhì)量的中等質(zhì)量黑洞，填補(bǔ)了科學(xué)界的空白。

　　通過觀測天體的輻射可以研究它們的性質(zhì)和其他信息。除了人眼看到的可見光外，天體的輻射還有射電（無線電）、紅外、紫外、X射線、γ射線等波段的電磁波（光子）輻射以及高能粒子、引力波等其他輻射。這些輻射是科學(xué)家研究黑洞的有力武器。

　　黑洞及其伴星組成雙星系統(tǒng)，當(dāng)黑洞捕獲從伴星來的物質(zhì)時(shí)，會形成吸積盤并發(fā)出強(qiáng)烈的X射線，因此利用X射線波段觀測可以發(fā)現(xiàn)光學(xué)波段不容易發(fā)現(xiàn)的黑洞。通過高空間分辨率的X射線觀測，科學(xué)家在其他星系中揭示了一批X射線光度極高的X射線極亮源。然而，國際天文和天體物理界對這類X射線極亮源的本質(zhì)卻一直難以定論。X射線極亮源可能是幾千個(gè)太陽質(zhì)量的中等質(zhì)量黑洞，是天文學(xué)家一直尋找的超大質(zhì)量黑洞形成理論中的缺失鏈條；也可能是恒星級黑洞，但是具有特殊的、我們現(xiàn)在所不理解的輻射機(jī)制。不過，無論是哪種可能，都可以增進(jìn)人們對黑洞形成、黑洞輻射機(jī)制的理解與認(rèn)知。因此，對X射線極亮源的研究一直是天文與天體物理研究的國際前沿與熱點(diǎn)。

　　研究X射線極亮源的難點(diǎn)在于通過動力學(xué)方法測定黑洞的質(zhì)量，確定它們到底是中等質(zhì)量黑洞還是恒星級黑洞。動力學(xué)方法指的是通過測量黑洞伴星的運(yùn)動進(jìn)而求得黑洞的質(zhì)量。但是，由于X射線極亮源處于遙遠(yuǎn)的其他星系中，在光學(xué)上看起來非常暗，需要8—10米級望遠(yuǎn)鏡通過長時(shí)間的曝光來獲得光譜。即便如此，所獲得的光譜信噪比也比較低，傳統(tǒng)方法用以揭示伴星運(yùn)動的伴星光譜吸收線一般無法探測到。因此，采用動力學(xué)質(zhì)量測量對X射線極亮源是非常困難的，必須使用大多數(shù)伴星所不具有的發(fā)射線才能揭示伴星運(yùn)動。

　　中國的科研團(tuán)隊(duì)選取了處于2200萬光年之外的M101旋渦星系中一個(gè)X射線極亮源ULX—1作為研究對象，其伴星具有很強(qiáng)的發(fā)射線。科學(xué)家經(jīng)過3個(gè)月的觀測，確認(rèn)了中心天體是一個(gè)恒星級黑洞。這是對X射線極亮源的第一次、也是唯一一例成功的動力學(xué)質(zhì)量測量。

　　這一發(fā)現(xiàn)可能會促成科學(xué)界對現(xiàn)有超大質(zhì)量黑洞形成理論的重新認(rèn)識，并且極大地改變了人們對恒星級黑洞吸積盤X射線輻射的認(rèn)知。這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然》雜志上，被審稿人譽(yù)為“奪取了X射線極亮源研究的圣杯”，并被選為《自然》當(dāng)周頭條新聞。盡管技術(shù)難度大，但鑒于其科學(xué)重要性和影響深遠(yuǎn)性，中心黑洞質(zhì)量的精確測量仍為學(xué)界孜孜以求的目標(biāo)。