自上世紀(jì)九十年代，特別是兩顆造價分別為16億美元和7億歐元的錢德拉X射線空間望遠(yuǎn)鏡和XMM-牛頓X射線天文衛(wèi)星投入使用，天文學(xué)家陸續(xù)在遙遠(yuǎn)星系中發(fā)現(xiàn)了一批X射線光度極高的天體。但是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，眾說紛紜。研究的關(guān)鍵與難點為通過動力學(xué)方法測定系統(tǒng)中心黑洞的質(zhì)量。成功對中心黑洞質(zhì)量進(jìn)行確定，不僅可以解決關(guān)于這類天體本質(zhì)的爭論，還可以增進(jìn)人們對黑洞形成、黑洞輻射機(jī)制的理解與認(rèn)知，因此一直是天文與天體物理研究的國際前沿與熱點。
對X射線極亮源系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)測量的原理為通過觀測伴星光譜的移動來推斷出中心黑洞的質(zhì)量。但是由于這類天體距離我們十分遙遠(yuǎn)（通常為幾千萬光年），同時X射線照射黑洞吸積盤而產(chǎn)生的光污染也非常強(qiáng)，因此測量極其困難。目前歐美學(xué)者已多次利用世界最先進(jìn)的8-10米級光學(xué)/紅外望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行長時間觀測，但這些嘗試均未獲得成功。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)，并被國際同行譽(yù)為X射線極亮源研究領(lǐng)域的“圣杯”。
中國科學(xué)院國家天文臺的劉繼峰研究員領(lǐng)導(dǎo)國際團(tuán)隊通過精心設(shè)計研究方案，巧妙選取有特色的天體目標(biāo)，成功申請到位于美國夏威夷的8米大型雙子望遠(yuǎn)鏡以及10米凱克望遠(yuǎn)鏡各20小時的觀測時間，在三個月的時間跨度上對漩渦星系中X射線極亮源M101 ULX-1進(jìn)行了研究，并確認(rèn)其中心天體為一個質(zhì)量與恒星可比擬的黑洞。此項工作是國際上對X射線極亮源動力學(xué)質(zhì)量的首次、也是目前唯一一例成功測量，以我國科學(xué)家和科研機(jī)構(gòu)為第一作者、第一單位發(fā)表在2013年11月28日的國際著名《自然》（Nature）雜志上，并被該雜志審稿人稱贊為“奪取了這個領(lǐng)域的圣杯”；這個黑洞雙星系統(tǒng)位于2200萬光年之外，是人類迄今發(fā)現(xiàn)的距離地球最遙遠(yuǎn)的黑洞雙星；同時通過對該系統(tǒng)X射線譜的特性進(jìn)行分析，劉繼峰團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)的最新觀測現(xiàn)象難以被黑洞吸積的“經(jīng)典”研究結(jié)果所解釋，突破了現(xiàn)有理論框架的范疇。Nature 還將在同期新聞視角專欄（News and Views）刊登相應(yīng)評述文章（Nature發(fā)表的科研論文中只有 ~10% 的比例獲得該欄目專門評論），并入選 Nature 當(dāng)周新聞發(fā)布（Press Release）內(nèi)容。
劉繼峰研究員先后在北京大學(xué)和美國密歇根大學(xué)分別獲得理學(xué)學(xué)士、理學(xué)碩士和哲學(xué)博士學(xué)位；博士畢業(yè)后入選美國國家航空航天局愛因斯坦學(xué)者（NASA Einstein Fellow），并在美國哈佛大學(xué)從事高能天體物理研究；2010年，劉繼峰研究員被中國科學(xué)院國家天文臺通過中國科學(xué)院“百人計劃”（KJCX2-EW-T01）引進(jìn)回國工作，并擔(dān)任“銀河系三維結(jié)構(gòu)研究團(tuán)組”首席研究員。這項X射線極亮源的工作為劉繼峰研究員回國后率領(lǐng)團(tuán)隊完成，同時獲得兩項國家自然科學(xué)基金（#11273028，#11333004）資助進(jìn)行該項研究。
X射線極亮源M101 ULX-1位于漩渦星系M101的一個懸臂上，M101距離地球2200萬光年。圖片由X射線（錢德拉X射線空間望遠(yuǎn)鏡）、光學(xué)（哈勃空間望遠(yuǎn)鏡）以及紅外（斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡）等波段觀測數(shù)據(jù)疊加合成。圖片來源自錢德拉X射線天文臺網(wǎng)站。
X射線極亮源M101 ULX-1的概念圖。M101 ULX-1的伴星是一個罕見的沃爾夫-拉葉天體，恒星級黑洞從沃爾夫-拉葉天體的星風(fēng)中捕獲物質(zhì)形成吸積盤，發(fā)出X射線輻射。概念圖由天體藝術(shù)家 Lynette Cook 根據(jù)該項研究成果設(shè)計完成。
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