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【中国青年报客户端】中国“慧眼”最新发现:这个“冕”竟能逃离黑洞
2021-02-18|文章来源:邱晨辉 |【
 

  “强大到可以吞噬一切,光都无法逃脱!”过去人们常用这句话来形容天体黑洞的可怕。不过,中国科学家团队通过我国首颗空间X射线天文卫星“慧眼”观测数据最新研究发现,一个俗称“冕”的等离子体流竟然能逃离黑洞,这将给人们带来对黑洞强引力场新的认知。

  2月15日,国际学术期刊《自然?通讯》在线发表了这项“慧眼”卫星的最新科研成果。研究表明,“冕”趋向黑洞收缩的同时,也以相对论速度向外运动,而且“冕”的尺度越小,速度越大。同时,这项成果也为研究“冕”在黑洞吸积过程中的运动提供了重要依据。

  该研究由武汉大学、中科院高能所、中科院国家天文台、南京大学、清华大学等单位的研究人员共同完成。武汉大学天体物理中心游贝博士是第一作者,武汉大学王伟教授和中科院高能所张双南研究员是共同通讯作者。

   

  (“慧眼”卫星首次探测到冕的动力学演化。研究团队 供图)

  据张双南介绍,黑洞吞噬恒星的过程,通常以“双星共舞”的形式展开。早在20世纪60年代,天文学家就在银河系中探测到了X射线辐射源。在这些X射线源中,天鹅座X-1是第一个被认为存在黑洞的双星系统。随着天文学的发展,在银河系中发现的黑洞X射线双星系统越来越多。

  天文学界普遍认为,黑洞本身虽无光,但在黑洞X射线双星中,大量伴星物质会被吸附在黑洞周围转动,形成一个发光的盘状结构,也就是通常说的吸积盘。在吸积盘内区附近,科学家们发现了一团超高温等离子体,也就是神秘的黑洞“光冕”,类似于太阳周围的日冕。

  然而,“冕”在黑洞附近如何运动,一直是致密天体研究中的一个未解之谜。

   

  (“慧眼”卫星发现离黑洞最近的喷流产生的准周期调制信号的艺术想象示意图。中科院高能所“慧眼”卫星团队 供图)

  2018年3月,距地球大约1.13万光年处的黑洞X射线双星MAXI J1820+070爆发,在相当长一段时间里,成为天空中最亮的X射线源之一,“慧眼”卫星随即对这个天体的爆发进行高频次观测。

  “慧眼”硬X射线调制望远镜卫星是我国第一颗空间天文卫星,它既可以实现宽波段、大视场X射线巡天,又能够研究黑洞、中子星等高能天体的短时标光变和宽波段能谱,同时还是具有高灵敏度的伽马射线暴全天监视仪。

   

  (“慧眼”卫星在太空的艺术想象图。中科院高能所“慧眼”卫星团队 供图)

  2020年,中科院高能所领衔研究团队通过分析“慧眼”卫星的时变数据,在MAXI J1820+070中发现迄今为止能量最高的低频准周期振荡信号,提供出从黑洞视界附近向外发出相对论喷流的观测证据。

  近期,武汉大学天体物理中心领衔研究团队通过分析“慧眼”卫星的能谱数据发现,当X射线辐射强度逐渐减小,亦即“冕”逐渐衰弱时,其对吸积盘的照射程度也在减弱。研究团队指出,从“冕”中出射的X射线光子对吸积盘的照射强弱,依赖“冕”的运动速度以及黑洞的引力场。

  游贝表示,“冕”在黑洞吸积过程中如何运动尚不明确,以往的研究比较侧重于理论,观测证据相对较少。理论上,当“冕”以相对论速度向外运动时,相对论性集束效应会削弱“冕”对吸积盘的照射。

  研究团队对同时期MAXI J1820+070的X射线时变分析显示,当X射线辐射流强逐渐下降时,“冕”的几何尺度趋向黑洞收缩;而越靠近黑洞,引力弯曲效应越强,吸积盘相对于“冕”的张角越大,“冕”辐射出的X射线光子本应有更大比例照射到吸积盘上,增强“冕”对吸积盘的照射。

  这和研究团队对“慧眼”观测数据的分析结果恰恰相反,怎么回事?

  研究团队认为,目前这一现象最合理的解释是:“冕”在收缩的同时,“冕”中的等离子体流正在以相对论速度向外运动。这为“慧眼”团队已经发现的离黑洞很近的相对论喷流提供了独立的观测证据和物理解释。进一步研究发现,“冕”尺度越小,速度越大,因此“冕”物质运动的相对论性集束效应抑制了黑洞的引力弯曲效应。

  研究团队表示,此次“冕”发现和确认的重要成果,第一次系统描绘出黑洞X射线双星在爆发过程中,等离子体流逃离黑洞引力场的速度演化,对于理解黑洞吸积过程和相对论效应意义重大。

  这次最新的“冕”研究成果,是“慧眼”卫星通过其时变数据,在MAXI J1820+070的黑洞视界附近发现以相对论速度向外运动的等离子体流及其进动过程,同时,利用“慧眼”卫星能谱数据,也发现以相对论速度向外运动的等离子体流及其速度的演化。

  张双南表示,这两项相互印证的研究成果,展示出“慧眼”卫星进行宽能段时变和能谱研究的综合优势。

  作为我国首台空间X射线望远镜,“慧眼”卫星于2011年正式进入工程研制阶段,2017年6月中旬发射成功,开展科学观测。该卫星项目由中科院高能所提出并牵头负责卫星有效载荷、地面应用系统和科学研究工作,它的成功发射和运行,让我国在国际竞争激烈的高能天体物理观测领域占有重要一席之地。

(源自中青报客户端2021-02-16版 原版链接:https://s.cyol.com/articles/2021-02/16/content_r5A5NaFM.html?gid=4LkvKv17)


 
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