天文學(xué)家繪制了新發(fā)現(xiàn)黑洞的“光回波”圖
馬里蘭大學(xué)的一個天文學(xué)家團隊，繪制了一個相對較小的“恒星質(zhì)量”黑洞周圍的環(huán)境圖泞坦。這個黑洞的質(zhì)量是太陽的10倍。這些觀測提供了迄今為止關(guān)于這些小黑洞如何消耗物質(zhì)和釋放能量的最清晰的圖像砖顷。
利用美國國家航空航天局(NASA)在國際空間站上搭載的中子星內(nèi)部成分探測器(更好的)有效載荷贰锁，研究小組探測到最近發(fā)現(xiàn)的名為MAXI J1820+070(簡稱J1820)的黑洞發(fā)出的x射線，因為它消耗了來自伴星的物質(zhì)滤蝠。x射線波形成了“光回波”豌熄，反射了黑洞附近旋轉(zhuǎn)的氣體，揭示了環(huán)境的大小和形狀的變化物咳。研究人員說锣险，以前，這些來自吸積盤內(nèi)部的光反射只能在超大質(zhì)量黑洞中看到览闰，這些黑洞的太陽質(zhì)量在數(shù)百萬到數(shù)十億倍之間芯肤，變化緩慢。像J1820這樣的恒星黑洞質(zhì)量更低压鉴，演化速度更快崖咨，所以我們可以看到在人類時間尺度上的變化。
J1820距離地球約1萬光年油吭，位于獅子座方向击蹲。這顆黑洞的伴星是由歐洲航天局(ESA)蓋亞任務(wù)(Gaia mission)的一項調(diào)查確定的署拟，該任務(wù)允許研究人員估算其與地球的距離。直到2018年3月11日际邻，日本航空航天局(japan Aerospace and Exploration Agency)的全天x射線圖像(All-sky X-ray Image, MAXI)也在空間站上發(fā)現(xiàn)了黑洞的爆發(fā)芯丧，天文學(xué)家才意識到它的存在。短短幾天世曾，J1820就從一個完全未知的黑洞變成了x射線天空中最明亮的光源之一缨恒。better迅速采取行動捕捉到這一戲劇性的轉(zhuǎn)變，并繼續(xù)跟隨火山噴發(fā)逐漸消退的尾巴轮听。
美國宇航局戈達德天體物理學(xué)家阿爾祖馬尼安說:“貝茲望遠鏡設(shè)計得足夠靈敏骗露，能夠研究被稱為中子星的微弱而密度極高的物體⊙。”“我們很高興它在研究這些非常明亮的x射線恒星質(zhì)量黑洞中也被證明是有用的萧锉。”黑洞可以將附近伴星的氣體虹吸到一個叫做吸積盤的物質(zhì)環(huán)中述寡。引力和磁力將圓盤加熱到數(shù)百萬攝氏度柿隙，使其足夠熱，足以在靠近黑洞的圓盤內(nèi)部產(chǎn)生x射線鲫凶。當(dāng)圓盤上的不穩(wěn)定導(dǎo)致大量氣體突然涌向黑洞禀崖，就像氣體雪崩一樣，爆發(fā)就發(fā)生了螟炫。天文學(xué)家還不知道這些圓盤不穩(wěn)定的原因波附。圓盤上方是日冕，這是一個亞原子粒子加熱到10億攝氏度的區(qū)域昼钻，在高能x射線中發(fā)光掸屡。關(guān)于黑洞日冕的起源和演化還有許多未解之謎。一些理論認為然评，這種結(jié)構(gòu)可能代表這類系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)射的高速粒子噴流的早期形式仅财。
天體物理學(xué)家想要更好地理解黑洞吸積盤的內(nèi)邊緣——以及上面的日冕——在黑洞消耗伴星的物質(zhì)時是如何改變大小和形狀的。如果科學(xué)家們能夠理解這些變化是如何以及為什么會在數(shù)周內(nèi)發(fā)生在恒星質(zhì)量的黑洞中碗淌，他們就能獲得關(guān)于超大質(zhì)量黑洞如何在數(shù)百萬年里演化以及它們?nèi)绾斡绊懰幮窍档男乱娊狻?/p>
繪制這種變化的一種方法叫做x射線混響映射盏求，它使用x射線反射，就像聲納使用聲波繪制海底地形一樣贯莺。一些來自日冕的x射線直接射向我們，而另一些則照亮了圓盤宁改，以不同的能量和角度反射回來缕探。
超大質(zhì)量黑洞的x射線混響映射顯示，吸積盤的內(nèi)邊緣非常接近黑洞的視界——即物質(zhì)或能量都無法逃逸的那一點还蹲。日冕也是致密的爹耗，它位于黑洞附近耙考，而不是吸積盤的大部分。此前對恒星質(zhì)量黑洞x射線回波的觀測表明潭兽，吸積盤的內(nèi)邊緣可能相當(dāng)遙遠倦始，其大小可達視界的數(shù)百倍。然而山卦，J1820表現(xiàn)得更像它的超級大表兄弟鞋邑。
當(dāng)他們檢查了better對J1820年的觀測結(jié)果后，Kara的團隊發(fā)現(xiàn)账蓉，從最初直接從日冕發(fā)出的x射線耀斑到從日冕發(fā)出的耀斑回波之間的延遲枚碗，或者說延遲時間有所縮短。這表明x射線在被反射之前的傳播距離越來越短铸本。研究人員估計肮雨，在1萬光年之外，日冕垂直收縮的距離約為100英里到10英里箱玷。從這個角度看怨规，這就像從地球和冥王星之間的距離看一個藍莓大小的東西縮小到罌粟種子大小。研究人員說锡足，“這是第一次看到這樣的證據(jù)波丰，證明日冕在爆發(fā)演化的特定階段收縮，”“日冕仍然非常神秘舱污，我們?nèi)匀粚λ幸粋€松散的理解呀舔。但我們現(xiàn)在有證據(jù)表明，系統(tǒng)中正在進化的東西是日冕本身的結(jié)構(gòu)扩灯。
為了證實延遲時間的減少是由于日冕的變化而不是吸積盤的變化媚赖，研究人員使用了一種叫做鐵K線的信號，這種信號是日冕中的x射線與盤中的鐵原子碰撞產(chǎn)生熒光時產(chǎn)生的珠插。根據(jù)愛因斯坦的相對論惧磺，時間在強引力場和高速下運行較慢。當(dāng)離黑洞最近的鐵原子受到日冕核心發(fā)出的光的轟擊時捻撑，它們發(fā)出的x射線的波長就會被拉長磨隘，因為它們的時間移動速度比觀察者慢。
Kara的團隊發(fā)現(xiàn)J1820拉伸的鐵K線保持不變顾患，這意味著圓盤的內(nèi)邊緣仍然靠近黑洞——類似于超大質(zhì)量黑洞番捂。如果延遲時間的減少是由于磁盤的內(nèi)邊緣進一步向內(nèi)移動造成的，那么鐵K線就會變得更加拉伸江解。這些觀測讓科學(xué)家們對物質(zhì)如何進入黑洞以及能量如何在這個過程中釋放有了新的見解设预。
