【科技日?qǐng)?bào)】慧眼衛(wèi)星又有新發(fā)現(xiàn) 窺見(jiàn)距離黑洞最近的噴流----中國(guó)科學(xué)院

加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

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【科技日?qǐng)?bào)】慧眼衛(wèi)星又有新發(fā)現(xiàn) 窺見(jiàn)距離黑洞最近的噴流

2020-09-28 科技日?qǐng)?bào) 陸成寬

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語(yǔ)音播報(bào)

慧眼衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了離黑洞最近的噴流產(chǎn)生的準(zhǔn)周期調(diào)制信號(hào)。受訪者供圖

　　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)！

　　9月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。

　　致密天體研究的待解難題

　　發(fā)現(xiàn)于20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(guò)程中形成吸積盤(pán)，這個(gè)吸積盤(pán)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30keV以下能區(qū)低頻準(zhǔn)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(shuō)。慧眼衛(wèi)星的有效能段為1keV—250keV，且和國(guó)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(xué)家期待慧眼衛(wèi)星在一些黑洞中探測(cè)到30keV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)。

　　黑洞附近接近光速“逃脫”物質(zhì)流

　　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)的一段時(shí)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(yīng)，對(duì)這一重要天體過(guò)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(guò)200keV，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(pán)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(guò)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(guò)程和輻射機(jī)制等具有重大意義。

　　　　（原載于《科技日?qǐng)?bào)》 2020-09-28 08版）

　　慧眼衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了離黑洞最近的噴流產(chǎn)生的準(zhǔn)周期調(diào)制信號(hào)。受訪者供圖
　　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)！
　　9月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。
　　致密天體研究的待解難題
　　發(fā)現(xiàn)于20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(guò)程中形成吸積盤(pán)，這個(gè)吸積盤(pán)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30keV以下能區(qū)低頻準(zhǔn)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(shuō)。慧眼衛(wèi)星的有效能段為1keV—250keV，且和國(guó)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(xué)家期待慧眼衛(wèi)星在一些黑洞中探測(cè)到30keV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)。
　　黑洞附近接近光速“逃脫”物質(zhì)流
　　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)的一段時(shí)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(yīng)，對(duì)這一重要天體過(guò)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(guò)200keV，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(pán)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(guò)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(guò)程和輻射機(jī)制等具有重大意義。
　　（原載于《科技日?qǐng)?bào)》 2020-09-28 08版）

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