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)的低頻準周期振蕩(QPO)，這是迄今為止發(fā)現(xiàn)的能量最高的低頻準周期振蕩現(xiàn)象。進一步研究表明，該低頻準周期振蕩起源于黑洞視界附近的相對論噴流(黑洞向外高速運動的等離子體流)的進動(即噴流的方向繞一個中心軸旋轉(zhuǎn))，為解決一直以來存在爭議的低頻準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，低頻準周期振蕩發(fā)現(xiàn)于上世紀80年代，是一種在X射線雙星中普遍存在的時變現(xiàn)象，其起源30多年來一直是致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(zhì)量的黑洞和一個恒星組成的雙星系統(tǒng))發(fā)生爆發(fā)，在相當長一段時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)，對這一重要天體進行長達幾個月的高頻次定點觀測，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)，國際合作團隊發(fā)現(xiàn)MAXI J1820+070在很寬的能段范圍內(nèi)都存在低頻準周期振蕩現(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)的準周期振蕩能量上限幾乎提高了一個數(shù)量級。因此研究團隊提出，該低頻準周期振蕩應(yīng)該產(chǎn)生于黑洞視界附近噴流的進動，很可能由黑洞自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的廣義相對論的時空參考系拖曳效應(yīng)產(chǎn)生。
噴流是運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，并且尚不清楚這些噴流到底起源于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。
研究團隊指出，“慧眼”衛(wèi)星關(guān)于MAXI J1820+070中低頻準周期振蕩現(xiàn)象的研究成果，顯示出其研究天體高能X射線快速光變的強大能力。未來，“慧眼”衛(wèi)星有望發(fā)現(xiàn)更多的高能低頻準周期振蕩現(xiàn)象，全面加深學(xué)界對于低頻準周期振蕩現(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)星項目由中科院高能所提出并牽頭負責(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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