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聽!迄今持續最久的“黑洞心跳”
2020-07-14 07:50:28 來源: 中國青年報
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  黑洞視界附近物質分布想象圖,以及XMM-牛頓衛星在2007年和2018年分別觀測到的X射線準周期震蕩信號。中科院國家天文臺供圖

  十幾年前,天文學家首次發現了來自一個超大質量黑洞的X射線準周期震蕩信號——“黑洞的心跳”。

  來自中國科學院國家天文臺近日的消息稱,當天文學家再次有機會觀測這個黑洞時,發現其信號仍在持續,而且變得更強。

  這一天文發現由中科院國家天文臺高能天體物理團組金馳川研究員主導,合作者包括英國杜倫大學克裏斯·多恩教授和馬丁·伍德教授,研究成果論文近日在《英國皇家天文學會月刊》發表。

  據成果論文第一作者兼通訊作者金馳川介紹,宇宙中存在大量的具有百萬至上億個太陽質量的黑洞,但在黑洞周圍産生X射線等高能輻射的周期性重復信號卻極少被發現,這種信號的周期攜帶了關于黑洞視界附近的物質尺度和結構的關鍵信息。

  此前已知的一個能夠産生類似“心跳”信號的黑洞,是位于銀河係旋臂內編號為GRS 1915+105的小黑洞,其質量僅為12倍太陽,正快速從旁邊一顆恒星吸收物質,並以67赫茲左右“心率”産生X射線“心跳”信號。

  如今這個特殊的黑洞,是一個距離地球6億光年、200萬倍太陽質量的超大質量黑洞,其編號為RE J1034+396。通過簡單的質量對比,天文學家估算出RE J1034+396的理論“心率”,和實測“心率”很一致。

  “這個心跳信號非常美妙!它首次證明來自超大質量黑洞的這類周期性信號可以長期保持穩定。”金馳川説。

  2007年,科學家們利用歐洲空間局的XMM-牛頓衛星,首次發現這個黑洞的X射線輻射具有1小時左右的周期性震蕩信號。2011年以後,由于該黑洞的視線方向離太陽太近,對其“心跳”信號的監測也即停止。

  直到2018年,科學家們再次有機會對這個黑洞開展觀測。由金馳川領銜的研究團隊向歐空局和美國宇航局申請使用XMM-牛頓衛星、“核光譜望遠鏡陣列”衛星和“雨燕”衛星,對RE J1034+396開展聯合觀測,並于2018年10月順利完成所有觀測任務。

  研究團隊後續經過詳細數據分析,最終確認RE J1034+396的X射線震蕩信號仍然存在,並且比10年前更強。這也是目前觀測到的超大質量黑洞“心跳”信號的最長持續時間。

  “這個‘心跳’信號為我們提供了深入研究其物理機制和起源的重要線索和絕佳機會。RE J1034+396也可以成為中國下一代X射線天文衛星,比如愛因斯坦探針衛星和eXTP衛星的重要觀測目標之一。”金馳川説。

  該成果論文合作者之一的克裏斯·多恩説:“我們目前的理解是,這種‘心跳’信號源自黑洞視界附近高溫物質的周期性結構變化過程。通過與GRS 1915+105這個位于銀河係內部的小質量黑洞的對比,證明了雖然不同類型的黑洞質量差別可達數十萬倍以上,但它們在一些特殊行為的表現方面卻非常類似。”

  記者了解到,金馳川領銜研究團隊正在對多顆衛星的數據進行深入分析,以期對該黑洞“心跳”信號的性質有更多了解,並與銀河係內的小質量黑洞作對比,從而獲得對黑洞視界附近物理過程的更深刻理解。

  (記者 邱晨輝)

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【糾錯】 責任編輯: 王佳寧
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