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!

9月22日，記者從中國科學院高能物理研究所(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)現的能量最高的低頻準周期振蕩現象。研究表明，該振蕩起源于黑洞視界附近噴流的進動。相關成果在線發(fā)表于《自然·天文學》上。

致密天體研究的待解難題

發(fā)現于20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象，表現為光變曲線上出現類似周期性但是并非精確周期性的調制信號。“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象最流行的模型有兩類。一類模型認為，物質在旋轉落向黑洞的過程中形成吸積盤，這個吸積盤的不穩(wěn)定性會導致X射線輻射產生振蕩;另一類模型認為，靠近黑洞的冕狀X射線輻射區(qū)的進動或振蕩導致X射線輻射產生準周期調制信號。

“在慧眼衛(wèi)星之前，X射線衛(wèi)星只具有研究30keV以下能區(qū)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?；垩坌l(wèi)星的有效能段為1keV—250keV，且和國外同類衛(wèi)星相比，在30keV以上的X射線能段具有最大的有效面積，科學家期待慧眼衛(wèi)星在一些黑洞中探測到30keV以上的低頻準周期振蕩現象，從而對相關理論模型進行更加嚴格的檢驗。

黑洞附近接近光速“逃脫”物質流

2018年3月11日，黑洞X射線雙星MAXI J1820+070爆發(fā)，在相當長的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，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據。

基于這些觀測數據，研究團隊發(fā)現MAXI J1820+070在很寬的能段范圍內都存在低頻準周期振蕩現象，最高能量超過200keV，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該產生于黑洞視界附近噴流的進動，很可能是黑洞自轉產生的廣義相對論參考系拖曳效應產生的。”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)在吞噬周圍物質的過程中對周圍環(huán)境產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、物質動力學過程和輻射機制等具有重大意義。

關鍵詞： 慧眼衛(wèi)星