中英科學(xué)家合作發(fā)現(xiàn):“黑洞的心跳”十幾年后仍在持續(xù)并更強
中新網(wǎng)北京6月12日電 (記者 孫自法)中國科學(xué)院國家天文臺12日發(fā)布消息說,天文學(xué)家2007年首次發(fā)現(xiàn)被形象稱為“黑洞的心跳”——來自一個超大質(zhì)量黑洞的X射線準(zhǔn)周期震蕩信號,時隔十幾年之后,當(dāng)天文學(xué)家再次有機會觀測這個黑洞時,發(fā)現(xiàn)這個“黑洞的心跳”信號仍在持續(xù)并更強。
這項重要天學(xué)研究工作由中科院國家天文臺高能天體物理團組金馳川研究員主導(dǎo),合作者包括英國杜倫大學(xué)克里斯·多恩(Chris Done)教授和馬丁·伍德(Martin Ward)教授,研究成果論文近日在《英國皇家天文學(xué)會月刊》發(fā)表。
中科院國家天文臺介紹,該特殊“心跳”黑洞是一個距離地球6億光年、200萬倍太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞,其編號為RE J1034+396。2007年,科學(xué)家們利用歐洲空間局的XMM-牛頓衛(wèi)星,首次發(fā)現(xiàn)這個黑洞的X射線輻射具有1小時左右的周期性震蕩信號。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)測也即停止。
直到2018年,科學(xué)家們再次有機會對這個黑洞開展觀測。由金馳川領(lǐng)銜的研究團隊向歐空局和美國宇航局申請使用XMM-牛頓衛(wèi)星、“核光譜望遠鏡陣列”衛(wèi)星和“雨燕”衛(wèi)星,對RE J1034+396開展聯(lián)合觀測,并于2018年10月順利完成所有觀測任務(wù)。研究團隊后續(xù)經(jīng)過詳細數(shù)據(jù)分析,最終確認RE J1034+396的X射線震蕩信號仍然存在,并且比10年前更強。這也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。
作為成果論文第一作者兼通訊作者,金馳川表示,“這個‘心跳’信號非常美妙,它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制和起源的重要線索和絕佳機會。RE J1034+396也可以成為中國下一代X射線天文衛(wèi)星,比如愛因斯坦探針衛(wèi)星和eXTP衛(wèi)星的重要觀測目標(biāo)之一”。
論文合作者之一的克里斯·多恩說:“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這個位于銀河系內(nèi)部的小質(zhì)量黑洞的對比,證明了雖然不同類型的黑洞質(zhì)量差別可達數(shù)十萬倍以上,但它們在一些特殊行為的表現(xiàn)方面卻非常類似”。
目前,金馳川領(lǐng)銜研究團隊正對多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)進行深入分析,以期對該黑洞“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物理過程的更深刻理解。
據(jù)了解,宇宙中存在大量的具有百萬至上億個太陽質(zhì)量的黑洞,但在黑洞周圍產(chǎn)生X射線等高能輻射的周期性重復(fù)信號卻極少被發(fā)現(xiàn),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。此前已知的一個能夠產(chǎn)生類似“心跳”信號的黑洞,是位于銀河系旋臂內(nèi)編號為GRS 1915+105的小黑洞,其質(zhì)量僅為12倍太陽,正快速從旁邊一顆恒星吸收物質(zhì),并以67赫茲左右“心率”產(chǎn)生X射線“心跳”信號。通過簡單的質(zhì)量對比,天文學(xué)家估算出RE J1034+396的理論“心率”,發(fā)現(xiàn)和實測“心率”很一致。(完)
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