新的證據表明，第一個已知的黑洞比之前認為的更大，這可能迫使科學家重新考慮他們對巨型恆星如何產生黑洞的理解。
科學家認為，恆星質量黑洞（包含高達太陽質量數倍的質量）是在巨型恆星死亡並向內坍縮時形成的。有史以來發現的第一個黑洞是天鵝座 X-1，位於天鵝座的銀河系內。天文學家在1964 年透過它從一顆近距離軌道執行的藍色超巨星吸走的氣體中看到了黑洞的最初跡象。當這種氣體螺旋進入黑洞時，它變得非常熱，以至於發出了衛星可以探測到的高能 X 射線和伽馬射線。
2011 年的三項研究表明，天鵝座 X-1 距離地球約 6,070 光年，但新的研究表明，該黑洞實際上距離地球約 7,240 光年。由於該物體的其他特徵是根據距離計算的，因此新的計算表明，天鵝座 X-1 比科學家們意識到的要大得多。
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為了估計黑洞的距離，科學家使用了所謂的視差技術，該技術將天鵝座 X-1 與其背景進行比較。“如果你伸出一根手指放在手臂的長度處，閉上一隻眼睛，然後再閉上另一隻眼睛，你就會看到它[你的手指]與更遙遠的背景物體相比，似乎從一個位置移動到另一個位置，” 澳大利亞珀斯國際射電天文研究中心科廷大學節點的天體物理學家詹姆斯·米勒-瓊斯說，他是這項新研究的主要作者，也是 2011 年一些研究的共同作者，他告訴 Space.com。“使用相同的想法，人們可以透過從地球繞太陽執行的不同有利位置觀察天鵝座 X-1 來計算它有多遠。”
2011 年的工作分析了來自黑洞伴星的光，以幫助估計恆星的直徑。透過這項測量，研究人員計算了夥伴關係的其他細節，例如黑洞的質量，表明它大約是太陽的 14.8 倍質量。
然而，2011 年的研究並未收集黑洞繞其伴星完整軌道執行期間的資料。如果沒有這些資訊，先前的工作無法完全解釋這些軌道運動可能如何影響距離和質量估計。
在新的研究中，米勒-瓊斯和他的同事分析了來自甚長基線陣列 (VLBA) 的天鵝座 X-1 的觀測結果，VLBA 是一個由散佈在美國各地的 10 個天線組成的巨型射電望遠鏡。在連續幾天進行的六次 12 小時長的觀測過程中，研究人員監測了黑洞的完整軌道。
科學家們將視差技術應用於這些新資料以及 2011 年的資料，發現黑洞可能比之前認為的更遠，距離地球約 7,240 光年。
這些新發現促使研究人員修改了天鵝座 X-1 伴星運動的模型，反過來又導致了對黑洞質量的新估計——約為太陽質量的 21.2 倍。這個尺寸使天鵝座 X-1 成為迄今為止透過光觀測探測到的最大的恆星質量黑洞。（引力波天文臺，例如LIGO，它可以探測時空結構中的漣漪，已經探測到更大的恆星質量黑洞，包括一個約為太陽質量 50 倍的黑洞。）
這些發現表明，形成恆星質量黑洞的恆星可能不會像之前認為的那樣透過星風損失那麼多物質。“黑洞的質量取決於它最初所形成恆星的質量，”米勒-瓊斯說。“恆星會因表面吹出的星風而損失質量，而大質量恆星會產生更強大的星風。最大質量的恆星可能具有非常強大的星風，並且在形成黑洞之前會透過星風損失大量質量。”
因此，天鵝座 X-1 新發現的巨大尺寸表明，形成恆星質量黑洞的恆星可能比之前認為的更大。“之前的模型預測，我們銀河系中一顆大質量恆星能夠製造出的最大質量黑洞應該只有太陽質量的 15 倍左右，”米勒-瓊斯說。“因此，發現質量為太陽質量 21 倍的物體意味著我們必須修改我們對這些大質量恆星損失多少質量的估計。”
該研究的共同作者、中國科學院的趙雪杉在北京的一份宣告中說，黑洞質量和距離的最新估計也幫助揭示了該物體的自旋速度非常接近光速，“比迄今為止發現的任何其他黑洞都快”。
甚至更大的恆星質量黑洞可能正在等待科學家的關注。“天鵝座 X-1 不太可能是可以產生的最大質量的恆星質量黑洞，”米勒-瓊斯說。“問題是我們能否識別它們，以及我們能多準確地測量它們的質量？”
科學家們在 2 月 18 日線上發表在《科學》雜誌上的文章中詳細介紹了他們的發現。另外兩篇側重於這項工作不同方面的論文也於 2 月 18 日發表在《天體物理學雜誌》上。
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