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前方高能!中國(guó)“慧眼”又有新發(fā)現(xiàn)

2020-09-23 15:08:14

來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)

  前方高能!中國(guó)“慧眼”又有新發(fā)現(xiàn)

  ◎ 科技日?qǐng)?bào)記者 陸成寬

  我國(guó)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(guó)科學(xué)院高能物理研究所(以下簡(jiǎn)稱中科院高能所)獲悉,來(lái)自該所等國(guó)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(zhǔn)周期振蕩,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。研究表明,該振蕩起源于黑洞視界附近噴流的進(jìn)動(dòng)。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(jì)80年代的低頻準(zhǔn)周期振蕩,是一種在X射線雙星中普遍存在的時(shí)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(hào)。“30多年來(lái),低頻準(zhǔn)周期振蕩的起源一直是致密天體研究的一個(gè)待解難題。”論文第一作者、中科院高能所馬想博士說(shuō)。

  目前,解釋低頻準(zhǔn)周期振蕩現(xiàn)象最流行的模型有兩類。一類模型認(rèn)為,物質(zhì)在旋轉(zhuǎn)落向黑洞的過程中形成吸積盤,這個(gè)吸積盤的不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致X射線輻射產(chǎn)生振蕩;另一類模型認(rèn)為,靠近黑洞的冕狀X射線輻射區(qū)的進(jìn)動(dòng)或振蕩導(dǎo)致X射線輻射產(chǎn)生準(zhǔn)周期調(diào)制信號(hào)。

  “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(zhǔn)周期振蕩的能力,很難區(qū)分這些模型?!闭撐墓餐ㄓ嵶髡?、中科院高能所陶煉博士說(shuō)?;垩坌l(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(cè)到30 keV以上的低頻準(zhǔn)周期振蕩現(xiàn)象,從而對(duì)相關(guān)理論模型進(jìn)行更加嚴(yán)格的檢驗(yàn)。

  2018年3月11日,黑洞X射線雙星MAXI J1820+070爆發(fā),在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間里成為天空中最亮的X射線源之一?;垩坌l(wèi)星快速反應(yīng),對(duì)這一重要天體過程進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)月的高頻次定點(diǎn)觀測(cè),積累了海量的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

  基于這些觀測(cè)數(shù)據(jù),研究團(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200 keV,比慧眼衛(wèi)星之前觀測(cè)到的低頻準(zhǔn)周期振蕩能量上限幾乎提高了一個(gè)數(shù)量級(jí),這說(shuō)明該低頻準(zhǔn)周期振蕩并不來(lái)自吸積盤的熱輻射區(qū)域。進(jìn)一步研究表明,低頻準(zhǔn)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(zhǔn)周期振蕩晚于能量較高的低頻準(zhǔn)周期振蕩產(chǎn)生,這些都和已有的流行模型嚴(yán)重沖突。

  “因此,我們提出該低頻準(zhǔn)周期振蕩應(yīng)該產(chǎn)生于黑洞視界附近噴流的進(jìn)動(dòng),很可能是黑洞自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的廣義相對(duì)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(shuō)。

  所謂噴流是指運(yùn)動(dòng)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(cè)特征,也是黑洞系統(tǒng)在吞噬周圍物質(zhì)的過程中對(duì)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(yuǎn),因此并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(chǎng)中逃出并且被加速到接近光速的。

  對(duì)此,張雙南表示,慧眼衛(wèi)星的觀測(cè)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(cè)到的距離黑洞最近的相對(duì)論噴流,對(duì)于研究黑洞附近的廣義相對(duì)論效應(yīng)、物質(zhì)動(dòng)力學(xué)過程和輻射機(jī)制等具有重大意義。

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