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【中國青年報】我國慧眼衛星發現距離黑洞最近的高速噴流
2020-09-23|文章来源:邱晨辉 |【
 

  中国青年报客户端讯(中青报·中青网记者 邱晨辉)来自中科院信发在线9月22日的消息称,我国慧眼(HXMT)卫星前不久在高于200千电子伏特的能段,发现了黑洞双星系统的低频准周期振荡(QPO),这是迄今为止发现的能量最高的低频QPO现象。研究表明,其起源于黑洞视界附近的相对论喷流的进动,为解决一直以来存在争议的低频QPO物理起源问题提供了重要依据。 

  9月21日,国际知名学术期刊《Nature Astronomy》(自然·天文学)在线发表了这一最新观测结果。 

 

慧眼衛星發現了離黑洞最近的噴流産生的准周期調制信號 

  慧眼衛星是我國第一顆空間X射線天文衛星,中科院信发在线是慧眼衛星項目提出單位,並牽頭負責衛星有效載荷、地面應用系統和科學研究工作。此次研究由中科院信发在线、英國南安普頓大學、德國圖賓根大學、中科院上海天文台等單位的研究人員共同完成。 

  據中科院信发在线科研人員介紹,低頻QPO發現于上世紀80年代,是一種在X射線雙星中普遍存在的時變現象,表現爲光變曲線上出現類似周期性但是並非精確周期性的調制。30多年來,低頻QPO的起源一直是致密天體研究的一個未解難題。目前,存在兩類最爲流行的模型解釋低頻QPO現象,即物質在旋轉落向黑洞的過程中形成的吸積盤上的不穩定性導致X射線輻射産生振蕩,或者靠近黑洞的冕狀X射線輻射區的進動或振蕩導致X射線輻射産生准周期調制。 

  然而,在慧眼卫星之前,X射线卫星只具有在30 keV以下的能区研究低频QPO的能力,很难区分这些模型。慧眼卫星的有效能段为1-250 keV,并且在30 keV以上具有最大的有效面积,科学家们期待慧眼在一些黑洞中探测到30 keV以上的低频QPO现象,从而对相关理论模型进行更加严格的检验。 

 

低頻QPO起源于圍繞黑洞進動的高速噴流 

  2018年3月11日,黑洞X射线双星MAXI J1820+070发生爆发,在相当长一段时间里是天空中最亮的X射线源之一。慧眼卫星快速反应,对这一重要天体进行了长达几个月的高频次定点观测,积累了海量的观测数据。 

  基于这些观测数据,研究团队发现MAXI J1820+070在很宽的能段范围内都存在低频QPO现象,最高能量超过200 keV,比慧眼卫星之前的QPO能量上限几乎提高了一个数量级,说明该QPO并不来自吸积盘的热辐射区域;进一步的研究还表明,QPO的频率和变化幅度都不随能量改变,且能量较低的QPO晚于能量较高的QPO产生,这些都和已有的流行模型严重冲突。 

 

慧眼衛星首次探測到了能量在200keV以上的低頻QPO 

  研究團隊因此提出,該低頻QPO應該産生于黑洞視界附近噴流的進動,很可能是黑洞自轉産生的廣義相對論的參考系拖曳效應産生的。噴流是運動速度接近光速的高速物質流,以前在射電、可見光和X射線波段從很多黑洞X射線雙星系統以及中心是超大質量黑洞的遙遠類星體中都觀測到過,是黑洞系統的一種主要觀測特征,也是黑洞系統在吞噬周圍物質的過程中對周圍環境産生顯著反饋影響的一種主要手段。 

  科研團隊介紹,這些噴流距離黑洞都非常遠,因此並不清楚這些噴流到底起源于距離黑洞多遠的位置,以及是如何從黑洞的強引力場中逃出並且被加速到接近光速的。慧眼衛星的觀測第一次將噴流的源頭定位到距離黑洞上百公裏的區域,這是迄今爲止觀測到的距離黑洞最近的相對論噴流,對于研究黑洞附近的廣義相對論效應、物質動力學過程和輻射機制等具有重大意義。 

  科研团队表示,慧眼卫星关于MAXI J1820+070中低频QPO现象的研究成果,显示了其研究天体高能X射线快速光变的强大能力。未来慧眼卫星有望发现更多的高能低频QPO现象,全面加深人们对于低频QPO现象的理解。 

  (來源:中國青年報客戶端) 


 
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