我科學(xué)家觀測到超大質(zhì)量黑洞的“心跳”
首次證明來自超大質(zhì)量黑洞這類周期性信號可以長期保持穩(wěn)定
記者齊芳從中國科學(xué)院國家天文臺獲悉，該研究所科研人員與英國合作者共同再次觀測到了來自一個超大質(zhì)量黑洞的“心跳”——X射線準(zhǔn)周期震蕩信號。這種信號的周期攜帶了關(guān)于黑洞視界附近的物質(zhì)尺度和結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵信息，新發(fā)現(xiàn)或?qū)⒆屛覀儗诙催@一特殊的天體有更深刻的理解。
宇宙中存在大量具有百萬至上億個太陽質(zhì)量的黑洞。漂浮在星際空間中的物質(zhì)會被黑洞的引力所俘獲，在逐漸落入黑洞的過程中，會形成一個圓盤狀的結(jié)構(gòu)，并在黑洞周圍很小的空間里釋放大量的能量，從而產(chǎn)生很強(qiáng)的高能輻射，例如X射線。周期性重復(fù)的高能輻射信號被稱為黑洞的“心跳”，但在科學(xué)家的觀測中，黑洞的“心跳”極少被發(fā)現(xiàn)。
2007年，科學(xué)家們首次發(fā)現(xiàn)被命名為RE J1034+396的黑洞，其X射線輻射具有一小時左右的周期性震蕩信號。這個黑洞距離地球6億光年，是具有兩百萬個太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞。2011年以后，由于該黑洞的視線方向離太陽太近，對其“心跳”信號的監(jiān)測也停止了。
2018年，中國科學(xué)院國家天文臺金馳川研究員領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊利用XMM-牛頓衛(wèi)星、“核光譜望遠(yuǎn)鏡陣列(NuSTAR)”衛(wèi)星和“雨燕(Swift)”衛(wèi)星，對RE J1034+396開展聯(lián)合觀測，并最終確認(rèn)它的“心跳”不僅仍然存在，而且比10年前更強(qiáng)了。這是目前觀測到的超大質(zhì)量黑洞“心跳”信號的最長持續(xù)時間。
研究人員介紹，目前已知唯一一個能夠產(chǎn)生類似“心跳”信號的黑洞，是一個位于銀河系旋臂內(nèi)、被稱為GRS 1915+105的小黑洞。該黑洞的質(zhì)量是12個太陽質(zhì)量，正快速地從其旁邊的一顆恒星吸收物質(zhì)，并以67赫茲左右的“心率”產(chǎn)生X射線“心跳”信號。
通過簡單的質(zhì)量對比，科學(xué)家們估算了RE J1034+396的理論“心率”，發(fā)現(xiàn)和實測“心率”很一致。論文的合作者之一，來自英國杜倫大學(xué)的克里斯·東尼教授說：“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(zhì)的周期性結(jié)構(gòu)變化過程。通過與GRS 1915+105這個小黑洞的對比，證明了雖然不同類型的黑洞質(zhì)量差別可達(dá)數(shù)十萬倍以上，但他們在一些特殊行為的表現(xiàn)方面卻非常類似。”
論文第一作者兼通訊作者金馳川研究員表示：“這個‘心跳’信號首次證明來自超大質(zhì)量黑洞的這類周期性信號可以長期保持穩(wěn)定，并為我們提供了深入研究其物理機(jī)制和起源的重要線索和絕佳機(jī)會。RE J1034+396也可以成為我國下一代X射線天文衛(wèi)星，例如愛因斯坦探針(EP)衛(wèi)星和加強(qiáng)型X射線時變與偏振空間天文臺衛(wèi)星(eXTP)的重要觀測目標(biāo)之一。”該研究團(tuán)隊目前正對多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，以期對該“心跳”信號的性質(zhì)有更多了解，并與銀河系內(nèi)的小質(zhì)量黑洞作對比，從而獲得對黑洞視界附近的物理過程的更深刻理解。(記者 齊芳)
關(guān)鍵詞： 超大質(zhì)量黑洞
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