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听!迄今持续最久的“黑洞心跳”
2020-07-15 14:08:59 来源: 中国青年报
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        十几年前,天文学家首次发现了来自一个超大质量黑洞的X射线准周期震荡信号——“黑洞的心跳”。

       来自中国科学院国家天文台近日的消息称,当天文学家再次有机会观测这个黑洞时,发现其信号仍在持续,而且变得更强。

       这一天文发现由中科院国家天文台高能天体物理团组金驰川研究员主导,合作者包括英国杜伦大学克里斯·多恩教授和马丁·伍德教授,研究成果论文近日在《英国皇家天文学会月刊》发表。

       据成果论文第一作者兼通讯作者金驰川介绍,宇宙中存在大量的具有百万至上亿个太阳质量的黑洞,但在黑洞周围产生X射线等高能辐射的周期性重复信号却极少被发现,这种信号的周期携带了关于黑洞视界附近的物质尺度和结构的关键信息。

       此前已知的一个能够产生类似“心跳”信号的黑洞,是位于银河系旋臂内编号为GRS 1915+105的小黑洞,其质量仅为12倍太阳,正快速从旁边一颗恒星吸收物质,并以67赫兹左右“心率”产生X射线“心跳”信号。

       如今这个特殊的黑洞,是一个距离地球6亿光年、200万倍太阳质量的超大质量黑洞,其编号为RE J1034+396。通过简单的质量对比,天文学家估算出RE J1034+396的理论“心率”,和实测“心率”很一致。

       “这个心跳信号非常美妙!它首次证明来自超大质量黑洞的这类周期性信号可以长期保持稳定。”金驰川说。

       2007年,科学家们利用欧洲空间局的XMM-牛顿卫星,首次发现这个黑洞的X射线辐射具有1小时左右的周期性震荡信号。2011年以后,由于该黑洞的视线方向离太阳太近,对其“心跳”信号的监测也即停止。

       直到2018年,科学家们再次有机会对这个黑洞开展观测。由金驰川领衔的研究团队向欧空局和美国宇航局申请使用XMM-牛顿卫星、“核光谱望远镜阵列”卫星和“雨燕”卫星,对RE J1034+396开展联合观测,并于2018年10月顺利完成所有观测任务。

       研究团队后续经过详细数据分析,最终确认RE J1034+396的X射线震荡信号仍然存在,并且比10年前更强。这也是目前观测到的超大质量黑洞“心跳”信号的最长持续时间。

       “这个‘心跳’信号为我们提供了深入研究其物理机制和起源的重要线索和绝佳机会。RE J1034+396也可以成为中国下一代X射线天文卫星,比如爱因斯坦探针卫星和eXTP卫星的重要观测目标之一。”金驰川说。

       该成果论文合作者之一的克里斯·多恩说:“我们目前的理解是,这种‘心跳’信号源自黑洞视界附近高温物质的周期性结构变化过程。通过与GRS 1915+105这个位于银河系内部的小质量黑洞的对比,证明了虽然不同类型的黑洞质量差别可达数十万倍以上,但它们在一些特殊行为的表现方面却非常类似。”

       记者了解到,金驰川领衔研究团队正在对多颗卫星的数据进行深入分析,以期对该黑洞“心跳”信号的性质有更多了解,并与银河系内的小质量黑洞作对比,从而获得对黑洞视界附近物理过程的更深刻理解。

【纠错】 责任编辑: 魏承瑶
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