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【中国科学报】“慧眼”探洞,发现距离黑洞最近的高速喷流
2020-09-24|文章来源:任芳言 |【
 

  本报讯(见习记者任芳言)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。

  如此高能的低频准周期振荡从何而来?由中科院高能物理研究所、英国南安普敦大学、德国图宾根大学、中科院上海天文台等单位研究人员组成的研究团队,在《自然—天文学》9月22日上线的文章中指出,这可能与黑洞附近向外高速运动的等离子体喷流有关。

  准周期振荡在X射线双星中普遍存在,观察双星系统的光变曲线,可发现类周期性的高低调制,这是准周期振荡的显著特征之一。

  人类最早于上世纪80年代观测到准周期振荡,但该现象的起因一直不明了。目前较为主流的理论模型有两种:物质落向黑洞时形成的吸积盘不稳,导致X射线辐射出现振荡;靠近黑洞的冕状X射线辐射区发生振荡或进动,导致准周期振荡产生。

  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。

  研究团队指出,如此高的能量意味着准周期振荡并非来自吸积盘热辐射区域。他们还发现,准周期振荡的频率和变化幅度不随能量改变,且能量较低的准周期振荡比能量较高者产生得更晚。这些都与现有理论模型相悖。

  天文学家分析,高能低频准周期振荡可能来自黑洞附近的喷流进动。喷流是运动速度接近光速的物质流,黑洞吞噬周围物质时,可能会产生喷流,这是黑洞系统的主要观测特征。

  以往观测到的喷流距离黑洞较远,大多位于黑洞视界半径百万倍以上的地方,这导致研究者无法确认喷流究竟如何产生、速度为何如此之高。但本次发表的研究中,喷流源头首次被定位到黑洞视界半径几倍的区域,约距黑洞数百公里,这是人类迄今为止观测到的、离黑洞最近的相对论喷流。

  研究团队表示,这一发现对研究黑洞附近的广义相对论效应、物质动力学过程和辐射机制等具有重要意义,也显示出“慧眼”卫星研究天体高能X射线快速光变的强大能力。

  相关论文信息: 

  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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