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动科普|听,来自黑洞的“美妙心跳”

来源:光明网2020-06-29 10:04

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  十几年前,天文学家们首次观测到了来自一个超大质量黑洞的X射线准周期震荡信号;十几年后,当天文学家们再次有机会观测这个黑洞时,惊喜地发现这个信号仍在持续!

动科普|听,来自黑洞的“美妙心跳”

  这个特殊的黑洞名为REJ1034+396,是一个距离地球6亿光年,具有2百万个太阳质量的超大质量黑洞。2007年,天文学家们首次发现这个黑洞的X射线辐射里存在一个一小时左右的周期性震荡信号。2011年后,由于该黑洞的视线方向离太阳太近,导致卫星无法持续观测,天文学家们不得不停止对其心跳信号的监测。

  直到2018年,天文学家们使用XMM-牛顿卫星、“核光谱望远镜阵列(NuSTAR)”卫星和“雨燕(Swift)”卫星重启了对这个黑洞的联合观测。结果表明,RE J1034+396的X射线震荡信号仍然存在,并且比10年前更强!

动科普|听,来自黑洞的“美妙心跳”

  这是目前观测到的持续时间最长的超大质量黑洞的心跳信号,首次证明了来自超大质量黑洞的这类周期性信号可以长期保持稳定。科学家们猜测它源自黑洞视界附近高温物质的周期性结构变化过程。

动科普|听,来自黑洞的“美妙心跳”

  目前已知的一个能够产生类似心跳信号的黑洞,是一个位于银河系旋臂内,被称为GRS 1915+105的小黑洞。不过,它的质量仅为12个太阳质量,正快速地从其旁边的一颗恒星吸收物质,并以67赫兹左右的“心率”产生X射线心跳信号。对比研究发现,尽管有数十万倍质量和大小的差别,两个黑洞却能在一些特殊行为上表现高度相似。

动科普|听,来自黑洞的“美妙心跳”

  实际上,宇宙中存在大量具有几十万至上百亿个太阳质量的黑洞,漂浮在星际空间中的物质会被黑洞引力所俘获。在逐渐落入黑洞的过程中,会形成一个圆盘状的结构,并在黑洞周围很小的空间里释放大量的能量,产生很强的X射线辐射。这种X射线辐射的周期性重复信号,携带了关于黑洞视界附近的物质尺度和结构的关键信息,具有极高的研究价值,却极少被发现。

动科普|听,来自黑洞的“美妙心跳”

  也因此,REJ1034+396为天文学家们提供了深入研究该心跳信号的物理机制和起源的重要线索和绝佳机会。这个黑洞也可以成为我国下一代X射线天文卫星的重要观测目标之一。

  本视频基于最新科学研究进展制作,论文:Jin C., Done C., Ward M., 2020, MNRAS, 495, 3538

  科学审核:金驰川

  策  划:宋雅娟

  制  作:徐倩阳 肖春芳

 

[ 责编:赵宇豪 ]
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