我科學(xué)家觀測(cè)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(hào)可以長(zhǎng)期保持穩(wěn)定

記者齊芳從中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)獲悉，該研究所科研人員與英國(guó)合作者共同再次觀測(cè)到了來自一個(gè)超大質(zhì)量黑洞的“心跳”——X射線準(zhǔn)周期震蕩信號(hào)。這種信號(hào)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?duì)黑洞這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(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞。漂浮在星際空間中的物質(zhì)會(huì)被黑洞的引力所俘獲，在逐漸落入黑洞的過程中，會(huì)形成一個(gè)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(hào)被稱為黑洞的“心跳”，但在科學(xué)家的觀測(cè)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(shí)左右的周期性震蕩信號(hào)。這個(gè)黑洞距離地球6億光年，是具有兩百萬個(gè)太陽(yáng)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(yáng)太近，對(duì)其“心跳”信號(hào)的監(jiān)測(cè)也停止了。

2018年，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)金馳川研究員領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)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(duì)RE J1034+396開展聯(lián)合觀測(cè)，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(cè)到的超大質(zhì)量黑洞“心跳”信號(hào)的最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間。

研究人員介紹，目前已知唯一一個(gè)能夠產(chǎn)生類似“心跳”信號(hào)的黑洞，是一個(gè)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(gè)太陽(yáng)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(hào)。

通過簡(jiǎn)單的質(zhì)量對(duì)比，科學(xué)家們估算了RE J1034+396的理論“心率”，發(fā)現(xiàn)和實(shí)測(cè)“心率”很一致。論文的合作者之一，來自英國(guó)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(hào)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(gè)小黑洞的對(duì)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?cè)谝恍┨厥庑袨榈谋憩F(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(gè)‘心跳’信號(hào)首次證明來自超大質(zhì)量黑洞的這類周期性信號(hào)可以長(zhǎng)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(huì)。RE J1034+396也可以成為我國(guó)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(shí)變與偏振空間天文臺(tái)衛(wèi)星（eXTP）的重要觀測(cè)目標(biāo)之一。”該研究團(tuán)隊(duì)目前正對(duì)多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，以期對(duì)該“心跳”信號(hào)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(duì)比，從而獲得對(duì)黑洞視界附近的物理過程的更深刻理解。（記者 齊芳）

[責(zé)任編輯：楊凡、崔中連]

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