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中国“慧眼”卫星最新发现:这种冕竟能逃离黑洞

来源:文汇

强大的黑洞可以吞噬一切,甚至连光也无法逃脱。可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,而一种被称为“冕”的高速等离子体流竟然可以逃离黑洞,这为人们带来了黑洞强引力场的新认知。

2月15日,国际学术期刊《自然?通讯》在线发表了这项新科研成果。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。

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▲“慧眼”卫星在太空的艺术想象图(高能所“慧眼”卫星团队提供)

该研究由武汉大学,中科院科学院高能物理研究所(简称高能所)、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。武汉大学是第一单位,天体物理中心游贝博士是第一作者,王伟教授和高能所张双南研究员是共同通讯作者。

据现有对黑洞的认知,黑洞吞噬恒星的过程,通常以“双星共舞”的形式展开。早在上世纪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,黑洞本身虽然无光,但在黑洞X射线双星中,伴星物质被黑洞引力捕获,旋转着逐渐向黑洞运动,形成可被观测到的发着橘黄光晕的盘状结构,这也就是通常所说的吸积盘。

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▲“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(高能所“慧眼”卫星团队提供)

在吸积盘内区附近,科学家发现了一团超高温等离子体高温冕。然而,冕在黑洞附近是如何运动的,一直是致密天体研究中的一个未解之谜。

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发生爆发,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了高频次观测。

2020年,高能所领衔的研究团队通过分析“慧眼”卫星的时变数据,在这颗黑洞双星中发现了迄今为止能量最高的低频准周期振荡(QPO)信号,提供了从黑洞视界附近向外发出相对论喷流(向外高速运动的等离子体流)的观测证据。

近期,通过分析“慧眼”卫星的能谱数据,武汉大学天体物理中心领衔的研究团队发现,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。

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▲“慧眼”卫星首次探测到冕的动力学演化。(研究团队 供图)

研究团队指出,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。

研究团队进一步发现,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。

此研究成果第一次系统地描绘了黑洞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。

  作者:许琦敏

责任编辑:任荃