中國“慧眼”(HXMT)衛(wèi)星又有重磅發(fā)現(xiàn)——其最新觀測結(jié)果發(fā)現(xiàn)距離黑洞最近的高速噴流，這對于研究黑洞附近的廣義相對論效應(yīng)、物質(zhì)動力學(xué)過程和輻射機(jī)制等具有重大意義。
記者22日從中國科學(xué)院高能物理研究所(中科院高能所)獲悉，“慧眼”衛(wèi)星最新在高于200千電子伏特(keV)的能段發(fā)現(xiàn)了黑洞雙星系統(tǒng)的低頻準(zhǔn)周期振蕩(QPO)，這是迄今為止發(fā)現(xiàn)的能量最高的低頻準(zhǔn)周期振蕩現(xiàn)象。進(jìn)一步研究表明，該低頻準(zhǔn)周期振蕩起源于黑洞視界附近的相對論噴流(黑洞向外高速運(yùn)動的等離子體流)的進(jìn)動(即噴流的方向繞一個(gè)中心軸旋轉(zhuǎn))，為解決一直以來存在爭議的低頻準(zhǔn)周期振蕩物理起源問題提供了重要依據(jù)。
黑洞領(lǐng)域這一重要觀測發(fā)現(xiàn)及研究由中科院高能所、英國南安普頓大學(xué)、德國圖賓根大學(xué)、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(yè)學(xué)術(shù)期刊《自然-天文學(xué)》(Nature Astronomy)在線發(fā)表。
中科院高能所介紹說，低頻準(zhǔn)周期振蕩發(fā)現(xiàn)于上世紀(jì)80年代，是一種在X射線雙星中普遍存在的時(shí)變現(xiàn)象，其起源30多年來一直是致密天體研究的一個(gè)未解難題。
2018年3月，編號“MAXI J1820+070”的黑洞X射線雙星(由一個(gè)幾倍太陽質(zhì)量的黑洞和一個(gè)恒星組成的雙星系統(tǒng))發(fā)生爆發(fā)，在相當(dāng)長一段時(shí)間里是天空中最亮的X射線源之一。“慧眼”衛(wèi)星快速反應(yīng)，對這一重要天體進(jìn)行長達(dá)幾個(gè)月的高頻次定點(diǎn)觀測，并獲得了海量觀測數(shù)據(jù)。
基于“慧眼”衛(wèi)星這些觀測數(shù)據(jù)，國際合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)MAXI J1820+070在很寬的能段范圍內(nèi)都存在低頻準(zhǔn)周期振蕩現(xiàn)象，最高能量超過200keV，比慧眼衛(wèi)星之前其他衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)周期振蕩能量上限幾乎提高了一個(gè)數(shù)量級。因此研究團(tuán)隊(duì)提出，該低頻準(zhǔn)周期振蕩應(yīng)該產(chǎn)生于黑洞視界附近噴流的進(jìn)動，很可能由黑洞自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的廣義相對論的時(shí)空參考系拖曳效應(yīng)產(chǎn)生。
噴流是運(yùn)動速度接近光速的高速物質(zhì)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(tǒng)以及中心是超大質(zhì)量黑洞(質(zhì)量是百萬到百億倍太陽質(zhì)量)的遙遠(yuǎn)類星體中都觀測到過，是黑洞系統(tǒng)的一種主要觀測特征，也是黑洞系統(tǒng)在吞噬周圍物質(zhì)的過程中對周圍環(huán)境產(chǎn)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(yuǎn)，并且尚不清楚這些噴流到底起源于距離黑洞多遠(yuǎn)的位置，以及是如何從黑洞的強(qiáng)引力場中逃出并且被加速到接近光速的。而“慧眼”衛(wèi)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(qū)域，這是迄今為止觀測到的距離黑洞最近的相對論噴流。
研究團(tuán)隊(duì)指出，“慧眼”衛(wèi)星關(guān)于MAXI J1820+070中低頻準(zhǔn)周期振蕩現(xiàn)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(qiáng)大能力。未來，“慧眼”衛(wèi)星有望發(fā)現(xiàn)更多的高能低頻準(zhǔn)周期振蕩現(xiàn)象，全面加深學(xué)界對于低頻準(zhǔn)周期振蕩現(xiàn)象的理解。
“慧眼”是中國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星，該衛(wèi)星項(xiàng)目由中科院高能所提出并牽頭負(fù)責(zé)衛(wèi)星有效載荷、地面應(yīng)用系統(tǒng)和科學(xué)研究工作。(完)
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