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中國“慧眼”衛星發現距離黑洞最近的高速噴流

http://dailynews.sina.com   2020年09月21日 19:04   中國新聞網

中新網北京9月22日電 (記者 孫自法)中國“慧眼”(HXMT)衛星又有重磅發現——其最新觀測結果發現距離黑洞最近的高速噴流,這對於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。

  記者22日從中國科學院高能物理研究所(中科院高能所)獲悉,“慧眼”衛星最新在高於200千電子伏特(keV)的能段發現了黑洞雙星系統的低頻準週期振盪(QPO),這是迄今爲止發現的能量最高的低頻準週期振盪現象。進一步研究表明,該低頻準週期振盪起源於黑洞視界附近的相對論噴流(黑洞向外高速運動的等離子體流)的進動(即噴流的方向繞一個中心軸旋轉),爲解決一直以來存在爭議的低頻準週期振盪物理起源問題提供了重要依據。

“慧眼衛”星發現了離黑洞最近的噴流產生的準週期調製信號的藝術想像示意圖。(中科院高能所“慧眼”衛星團隊 供圖)“慧眼衛”星發現了離黑洞最近的噴流產生的準週期調製信號的藝術想像示意圖。(中科院高能所“慧眼”衛星團隊 供圖)

  黑洞領域這一重要觀測發現及研究由中科院高能所、英國南安普頓大學、德國圖賓根大學、中科院上海天文臺等科研人員共同完成,其成果論文已由最新一期國際專業學術期刊《自然-天文學》(Nature Astronomy)在線發表。

  中科院高能所介紹說,低頻準週期振盪發現於上世紀80年代,是一種在X射線雙星中普遍存在的時變現象,其起源30多年來一直是緻密天體研究的一個未解難題。

  2018年3月,編號“MAXI J1820+070”的黑洞X射線雙星(由一個幾倍太陽質量的黑洞和一個恆星組成的雙星系統)發生爆發,在相當長一段時間裏是天空中最亮的X射線源之一。“慧眼”衛星快速反應,對這一重要天體進行長達幾個月的高頻次定點觀測,並獲得了海量觀測數據。

“慧眼”衛星首次探測到了能量在200keV以上的低頻QPO。(中科院高能所“慧眼”衛星團隊 供圖)“慧眼”衛星首次探測到了能量在200keV以上的低頻QPO。(中科院高能所“慧眼”衛星團隊 供圖)

  基於“慧眼”衛星這些觀測數據,國際合作團隊發現MAXI J1820+070在很寬的能段範圍內都存在低頻準週期振盪現象,最高能量超過200keV,比慧眼衛星之前其他衛星發現的準週期振盪能量上限幾乎提高了一個數量級。因此研究團隊提出,該低頻準週期振盪應該產生於黑洞視界附近噴流的進動,很可能由黑洞自轉產生的廣義相對論的時空參考系拖曳效應產生。

  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(質量是百萬到百億倍太陽質量)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徵,也是黑洞系統在吞噬周圍物質的過程中對周圍環境產生顯著反饋影響的一種主要手段。

  不過,此前觀測到的噴流距離黑洞都非常遠,並且尚不清楚這些噴流到底起源於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。而“慧眼”衛星的最新觀測,第一次將噴流的源頭定位到距離黑洞上百公里的區域,這是迄今爲止觀測到的距離黑洞最近的相對論噴流。

  研究團隊指出,“慧眼”衛星關於MAXI J1820+070中低頻準週期振盪現象的研究成果,顯示出其研究天體高能X射線快速光變的強大能力。未來,“慧眼”衛星有望發現更多的高能低頻準週期振盪現象,全面加深學界對於低頻準週期振盪現象的理解。

  “慧眼”是中國第一顆空間X射線天文衛星,該衛星項目由中科院高能所提出並牽頭負責衛星有效載荷、地面應用系統和科學研究工作。(完)

 

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