空間X射線天文衛(wèi)星慧眼衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)黑洞雙星系統(tǒng)的低頻準周期振蕩
2020-09-23 15:51:34 來源:科技日報
我國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星慧眼衛(wèi)星又有新發(fā)現(xiàn)!
22日,記者從中國科學(xué)院高能物理研究所(以下簡稱中科院高能所)獲悉,來自該所等國內(nèi)外單位的研究人員利用慧眼衛(wèi)星在高于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,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。研究表明,該振蕩起源于黑洞視界附近噴流的進動。相關(guān)成果在線發(fā)表于《自然 天文學(xué)》上。
發(fā)現(xiàn)于上世紀80年代的低頻準周期振蕩,是一種在X射線雙星中普遍存在的時變現(xiàn)象,表現(xiàn)為光變曲線上出現(xiàn)類似周期性但是并非精確周期性的調(diào)制信號。“30多年來,低頻準周期振蕩的起源一直是致密天體研究的一個待解難題。”論文第一作者、中科院高能所馬想博士說。
目前,解釋低頻準周期振蕩現(xiàn)象最流行的模型有兩類。一類模型認為,物質(zhì)在旋轉(zhuǎn)落向黑洞的過程中形成吸積盤,這個吸積盤的不穩(wěn)定性會導(dǎo)致X射線輻射產(chǎn)生振蕩;另一類模型認為,靠近黑洞的冕狀X射線輻射區(qū)的進動或振蕩導(dǎo)致X射線輻射產(chǎn)生準周期調(diào)制信號。
“在慧眼衛(wèi)星之前,X射線衛(wèi)星只具有研究30 keV以下能區(qū)的低頻準周期振蕩的能力,很難區(qū)分這些模型。”論文共同通訊作者、中科院高能所陶煉博士說。慧眼衛(wèi)星的有效能段為1 keV -250 keV,并且在30 keV以上具有最大的有效面積,科學(xué)家們期待慧眼衛(wèi)星在一些黑洞中探測到30 keV以上的低頻準周期振蕩現(xiàn)象,從而對相關(guān)理論模型進行更加嚴格的檢驗。
2018年3月11日,黑洞X射線雙星MAXI J1820+070爆發(fā),在相當長一段時間里成為天空中最亮的X射線源之一。慧眼衛(wèi)星快速反應(yīng),對這一重要天體過程進行了長達幾個月的高頻次定點觀測,積累了海量的觀測數(shù)據(jù)。
基于這些觀測數(shù)據(jù),研究團隊發(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200 keV,比慧眼衛(wèi)星之前觀測到的低頻準周期振蕩能量上限幾乎提高了一個數(shù)量級,這說明該低頻準周期振蕩并不來自吸積盤的熱輻射區(qū)域。進一步研究表明,低頻準周期振蕩的頻率和變化幅度都不隨能量改變,且能量較低的低頻準周期振蕩晚于能量較高的低頻準周期振蕩產(chǎn)生,這些都和已有的流行模型嚴重沖突。
“因此,我們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,很可能是黑洞自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的廣義相對論的參考系拖曳效應(yīng)產(chǎn)生的。”論文共同通訊作者、中科院高能所研究員張雙南說。
所謂噴流是指運動速度接近光速的高速物質(zhì)流,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。但是這些噴流距離黑洞非常遠,因此并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。
對此,張雙南表示,慧眼衛(wèi)星的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,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。
科技日報記者 陸成寬
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