天鵝座X-1

天鵝座X1是一個X射線雙星系統，除了包含能夠產生X射線源的緻密星之外，還包含一個藍巨星。自從這個系統在1964年被美國探空火箭首次發現以來，其中緻密天體究竟是黑洞還是中子星的問題一直是高能天體物理研究領域的熱點。對緻密天體究竟是黑洞還是中子星，上世紀70年代，物理學家索恩和霍金還專門打賭，並立下字據。直到上世紀90年代，越來越多的觀測證據表明這個系統中心應該是黑洞，霍金才簽字表示認賭服輸。

儘管霍金已經認輸，然而對於這個系統的性質一直缺乏精確的測量。2011年，苟利軍研究員和合作者就對這顆黑洞的性質首次做了一次精確測量的嘗試。當時得出的結果是：這個黑洞系統與地球的距離為6067光年，質量為14.8倍的太陽質量，並且發現黑洞的視界面在以72%的光速轉動。

2013年，歐洲航空局的蓋亞衞星發射升空，計劃對銀河系內的10億顆恆星的距離進行精確測量，當然也包括天鵝座X1在內的X射線雙星。結果，蓋亞衞星所給出的天鵝座X1的距離要比之前的距離遠一些，大約為7100光年。

2021年2月19日，《科學》雜誌和《天體物理學報》上線的三篇文章聯合發佈了對歷史上發現的第一個恆星級黑洞——天鵝座X1的最新精確測量結果。來自澳大利亞、美國和中國的三個團隊分別獨立對黑洞天鵝座X1的距離、質量、自轉及其演化做了最為精確的測量和限制，澳大利亞柯廷大學教授米勒-瓊斯所領導的研究團隊，利用美國的甚長基線干涉陣列，通過三角視差方法對天鵝座X1的距離再次進行測量和確認。團隊把新的觀測數據和之前的觀測數據相結合，同時消除了天鵝座X1的噴流運動所導致的系統誤差效應之後，最終得到了天鵝座X1黑洞的最新距離，這一結果為7240光年，精度達到8%，這個距離和蓋亞衞星給出的距離完全一致。在此基礎之上，合作團隊重新分析光學數據，發現黑洞質量增加了50%，增加到了21倍的太陽質量，精度為10%，這是X射線雙星系統中目前唯一一個主星質量超過20倍太陽質量的黑洞X射線雙星系統。結合新得到的距離和質量的測量結果，中國天文學家領導的研究團隊分析了X射線光譜數據，從而對黑洞的自轉速度進行了精確限制，相比之前的測量結果，發現此次測量的黑洞轉動更加極端，黑洞視界面正在以至少95%的光速自轉，這也是目前已知的唯一一個以如此高速度轉動的黑洞系統。 ^[1] 

徑向速度 (Rv): -13km/s

自行 (μ) : 赤經 -3.82mas/yr

赤緯 -7.62mas/yr

視差 (π) 0.58 ± 1.01 mas

距離:約6000 ly

通過對X射線源的觀測，天文學家能研究涉及到幾百萬度熾熱氣體的天文現象。但由於X射線被地球的大氣層遮擋了，因此對X射線源的觀測不能在地表進行，而需要將儀器運送到有足夠X射線能穿透的高度。發現天鵝座X-1的儀器是從新墨西哥州白沙導彈靶場由火箭發射到彈道軌道。1964年時正進行一項觀測，目的是找出這些X射線源。兩個空蜂火箭（Aerobee）彈道火箭運載着蓋革計數器升空，測量天空中8.4°範圍內波長從1至15Å的X射線源。

這項觀測發現了8個新的X射線源，包括天鵝座的Cyg XR-1（後名Cyg X-1）。其天球座標估計為赤經1953、赤緯34.6°。該X射線源處並沒有明顯的無線電或可見光源。

由於需要更長時間的觀測研究，1963年裏卡爾多·賈科尼和赫伯特·格斯基提出了首個研究X射線源的軌道衞星。美國國家航空航天局於1970年發射了烏呼魯衞星，進而發現了300個新X射線源。它對天鵝座X-1的長期觀測發現其X光強度有波動，頻率為每秒數次。如此快速的變動顯示，能量一定在很小的範圍內產生，大小約為10公里，因為光速的限制使訊息不可能在更遠的範圍裏相互傳遞。作為對比，太陽的直徑約為1.4百萬公里。

1971年4月至5月，萊登天文台的Luc Braes和George Miley與美國國家射電天文台的Robert M. Hjellming和Campbell Wade獨立探測到來自天鵝座X-1的無線電射線，射線源的準確位置指向AGK2+35 1910 = HDE226868。天球上，這顆星與視星等為4級的天鵝座η相距半度。它是一顆超巨星，本身並不能發射所觀測到的X射線。因此，此星必定有一顆能夠將氣體加熱到幾百萬度的伴星，才可放射在天鵝座X-1觀測到的輻射。

皇家格林威治天文台的Louise Webster和Paul Murdin與單獨在多倫多大學大衞·鄧拉普天文台工作的 Charles Thomas Bolton於1971年公佈了HDE 226868巨型伴星的發現消息。該星光譜的多普勒效應顯示了其伴星的存在，人們也能根據軌道數據間接地測量其質量。由於該天體質量很高，他們推測它可能是一個黑洞。因為最大的中子星也不可能超過3個太陽質量。

隨着更多觀測證據的發現，到了1973年末，天文學界的普遍結論為天鵝座X-1最大可能為一黑洞。對天鵝座X-1更精確的測量顯示出小至1毫秒的變化。這個間距與黑洞吸積盤物質的亂流相符。持續三分之一秒的X射線爆符合物質掉進黑洞預測所需的時間。

經Hipparcos衞星的精確測量，天鵝座X-1（CygX-1）距離地球大約6000光年，其質量大約是太陽的10倍，直徑約44公里，位於天鵝星座。通過動力學模型以及相對論模型，科學家還測量了黑洞吸積盤的內緣半徑。對於這些研究結果，天鵝X-1雙星系統的研究小組認為：由黑洞質量、軌道傾角以及距離帶來的觀測和模型參數的不確定性問題都將被充分考慮，而由於徑流主導吸積盤的薄盤模型（吸積率低於愛丁頓光度）所帶來的侷限性，在諸如低光度天體（低態X射線雙星）即天鵝X-1的具體應用上還需要進一步研究。 ^[3] 

至今天鵝座X-1已被多部軌道及地面觀測儀器長期觀測。X射線雙星（如HDE 226868/天鵝座X-1）和活動星系核間有眾多相似之處，顯示它們有共同的運行原理：黑洞、旋轉中的吸積盤和噴流。因此，天鵝座X-1被歸於一類稱為微類星體的雙星系統。對諸如HDE 226868/天鵝座X-1的雙星系統的科學研究能使科學家對活動星系的運動原理有更深入的認知。 ^[3]