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【中國科學報】“慧眼”探洞,發現距離黑洞最近的高速噴流
2020-09-24|文章来源:任芳言 |【
 

  本報訊(見習記者任芳言)2018年3月,黑洞X射线双星MAXI J1820+070爆发,成为一百多天里空中最亮的X射线源之一。天文学家通过“慧眼”卫星对其进行观测,发现了迄今为止能量最高的低频准周期振荡,能量超过200千电子伏特。

  如此高能的低頻准周期振蕩從何而來?由中科院高能物理研究所、英國南安普敦大學、德國圖賓根大學、中科院上海天文台等單位研究人員組成的研究團隊,在《自然—天文學》9月22日上線的文章中指出,這可能與黑洞附近向外高速運動的等離子體噴流有關。

  准周期振蕩在X射線雙星中普遍存在,觀察雙星系統的光變曲線,可發現類周期性的高低調制,這是准周期振蕩的顯著特征之一。

  人類最早于上世紀80年代觀測到准周期振蕩,但該現象的起因一直不明了。目前較爲主流的理論模型有兩種:物質落向黑洞時形成的吸積盤不穩,導致X射線輻射出現振蕩;靠近黑洞的冕狀X射線輻射區發生振蕩或進動,導致准周期振蕩産生。

  研究准周期振荡需要借助X射线卫星,但以往的卫星观测大多集中在30千电子伏特以下的能区,不能充分检验相关理论模型。借助观测能段为1~250千电子伏特的“慧眼”,研究者发现黑洞双星MAXI J1820+070在慧眼的观测能段范围内出现了低频准周期振荡,其中能量最高者超过200千电子伏特,相较于之前的观测结果,能量提高了近一个量级。

  研究團隊指出,如此高的能量意味著准周期振蕩並非來自吸積盤熱輻射區域。他們還發現,准周期振蕩的頻率和變化幅度不隨能量改變,且能量較低的准周期振蕩比能量較高者産生得更晚。這些都與現有理論模型相悖。

  天文學家分析,高能低頻准周期振蕩可能來自黑洞附近的噴流進動。噴流是運動速度接近光速的物質流,黑洞吞噬周圍物質時,可能會産生噴流,這是黑洞系統的主要觀測特征。

  以往觀測到的噴流距離黑洞較遠,大多位于黑洞視界半徑百萬倍以上的地方,這導致研究者無法確認噴流究竟如何産生、速度爲何如此之高。但本次發表的研究中,噴流源頭首次被定位到黑洞視界半徑幾倍的區域,約距黑洞數百公裏,這是人類迄今爲止觀測到的、離黑洞最近的相對論噴流。

  研究團隊表示,這一發現對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要意義,也顯示出“慧眼”衛星研究天體高能X射線快速光變的強大能力。

  相關論文信息: 

  https://doi.org/10.1038/s41550-020-1192-2 

  《中国科学报》 (2020-09-23 第1版 要闻)
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