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◎ 科技日?qǐng)?bào) 記者 陸成寬

光都無(wú)法逃脫，如饕餮般吞食一切的黑洞，真的會(huì)偶爾打個(gè)“飽嗝”，把吃進(jìn)去的東西“吐出來(lái)”嗎？2月15日，《自然?通訊》在線發(fā)表了一項(xiàng)慧眼衛(wèi)星的最新科研成果。

“慧眼”衛(wèi)星首次探測(cè)到冕的動(dòng)力學(xué)演化。

通過(guò)分析慧眼衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，來(lái)自武漢大學(xué)和中科院高能所等單位的研究人員在黑洞雙星中發(fā)現(xiàn)，通常稱為冕的等離子體流可以逃離黑洞強(qiáng)引力場(chǎng)，向外高速運(yùn)動(dòng)，并且首次在黑洞雙星中觀測(cè)到冕的速度演化。研究表明，冕趨向黑洞收縮的同時(shí)，也以接近光速向外運(yùn)動(dòng)，而且冕的尺度越小，速度越大。這項(xiàng)成果為研究冕在黑洞吸積過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)提供了重要依據(jù)。

黑洞吞噬恒星的過(guò)程，通常以“雙星共舞”的形式展開(kāi)。早在上世紀(jì)60年代，天文學(xué)家就在銀河系中探測(cè)到了X射線輻射源。在這些X射線源中，天鵝座X-1是第一個(gè)被認(rèn)為存在黑洞的雙星系統(tǒng)。隨著天文學(xué)的發(fā)展，在銀河系中發(fā)現(xiàn)的黑洞X射線雙星系統(tǒng)越來(lái)越多。

黑洞本身雖無(wú)光，但在黑洞X射線雙星中，大量伴星物質(zhì)會(huì)被吸附在黑洞周圍轉(zhuǎn)動(dòng)，形成一個(gè)發(fā)光的盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，也就是通常說(shuō)的吸積盤(pán)。在吸積盤(pán)內(nèi)區(qū)附近，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一團(tuán)超高溫等離子體，也就是神秘的黑洞“光冕”，類似于太陽(yáng)周圍的日冕?！叭欢嵩诤诙锤浇绾芜\(yùn)動(dòng)一直是致密天體研究中的一個(gè)未解之謎?！闭撐牡谝蛔髡撸錆h大學(xué)游貝博士說(shuō)。

2018年3月，距我們大約光年處的黑洞X射線雙星MAXI J1820+070爆發(fā)，而且在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間里是天空中最亮的X射線源之一?；垩坌l(wèi)星對(duì)這個(gè)天體的爆發(fā)進(jìn)行了高頻次的觀測(cè)。

2020年，通過(guò)分析慧眼衛(wèi)星的時(shí)變數(shù)據(jù)，由高能所領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)在MAXI J1820+070中發(fā)現(xiàn)了迄今為止能量最高的低頻準(zhǔn)周期振蕩（QPO）信號(hào)，提供了從黑洞視界附近向外發(fā)出相對(duì)論噴流，也就是向外高速運(yùn)動(dòng)的等離子體流的觀測(cè)證據(jù)。

資料圖：“慧眼”衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)離黑洞最近的噴流產(chǎn)生的準(zhǔn)周期調(diào)制信號(hào)的藝術(shù)想象示意圖。

對(duì)于冕在黑洞吸積過(guò)程中如何運(yùn)動(dòng)，以往的研究比較側(cè)重于理論，觀測(cè)證據(jù)相對(duì)較少。理論上，越靠近黑洞，由于引力彎曲效應(yīng)和吸積盤(pán)相對(duì)于冕的張角的緣故，冕輻射出的X射線光子對(duì)吸積盤(pán)上的照射程度應(yīng)該越強(qiáng)。

然而，這和研究團(tuán)隊(duì)對(duì)慧眼觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果恰恰相反。近期，通過(guò)分析慧眼衛(wèi)星的能譜數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)冕逐漸衰弱，空間尺度趨向黑洞收縮時(shí)，其對(duì)吸積盤(pán)的照射程度也在減弱。

研究團(tuán)隊(duì)指出，目前對(duì)這一現(xiàn)象最合理的解釋是：冕在收縮的同時(shí)，冕中的等離子體流正在以接近光速向外運(yùn)動(dòng) ，這為慧眼團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的離黑洞很近的相對(duì)論噴流提供了獨(dú)立的觀測(cè)證據(jù)和物理解釋。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，冕尺度越小，速度越大，因此冕物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)論性集束效應(yīng)抑制了黑洞的引力彎曲效應(yīng)。 此研究成果第一次系統(tǒng)地描繪了黑洞X射線雙星在爆發(fā)過(guò)程中，等離子體流逃離黑洞引力場(chǎng)的速度演化，對(duì)于理解黑洞吸積過(guò)程和相對(duì)論效應(yīng)意義重大。

資料圖：“慧眼”衛(wèi)星在太空的藝術(shù)想象圖。

慧眼衛(wèi)星通過(guò)其時(shí)變數(shù)據(jù)，在MAXI J1820+070的黑洞視界附近發(fā)現(xiàn)了以接近光速向外運(yùn)動(dòng)的等離子體流，及其進(jìn)動(dòng)過(guò)程；而利用其能譜數(shù)據(jù)，也發(fā)現(xiàn)了以接近光速向外運(yùn)動(dòng)的等離子體流，及其速度的演化。

對(duì)此，論文共同通訊作者、中科院高能所研究員張雙南表示，這兩項(xiàng)相互印證的研究成果，展示了慧眼衛(wèi)星進(jìn)行寬能段時(shí)變和能譜研究的綜合優(yōu)勢(shì)。

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào) 文中圖片均由中科院高能所提供