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从黑洞后面发现的 X 射线耀斑

2021-08-11 10:59     来源:physics world     X射线

新视角:艺术家对黑洞附近产生的 X 射线耀斑的构想。

由美国斯坦福大学丹·威尔金斯( Dan Wilkins)领导的国际团队首次观测到源自黑洞后面的 X 射线耀斑。波长偏移的 X 射线闪光被认为起源于与黑洞内部吸积盘相撞的光子,然后被黑洞巨大的引力重新导向地球。通过更详细地观察这种效应,天文学家可以获得对黑洞周围环境的重要见解。

就在物质穿过黑洞不可避免的事件视界之前,理论预测它会过热到数百万度,在黑洞周围形成旋转的等离子体日冕。与此同时,黑洞的磁场随着等离子体的旋转不断扭曲、断裂和重组。这种磁性活动将大量能量传递给等离子电子,从而产生强烈的、特征性的 X 射线闪光。

虽然这些事件已被广泛观察到,但威尔金斯最近的计算表明,我们还应该看到更小、延迟的 X 射线闪光。从我们的角度来看,这些 X 射线在黑洞后面发射——但随后在其轨道吸积盘的内表面产生回响。由于爱因斯坦的广义相对论,这些回声应该在黑洞周围弯曲,并被其强烈的引力场放大。

调光器闪烁

此外,吸积盘的轨道运动意味着 X 射线光子波长将发生不同程度的偏移,这取决于它们在吸积盘内的回响位置。因此,这些较暗的闪光灯可以让我们瞥见完全看不见的环境。

在他们的研究中,威尔金斯的团队使用 NASA 的NuSTAR望远镜和 ESA 的XMM-Newton仪器对 I Zwicky 1 中心的超大质量黑洞进行了 X 射线观测——一个距离我们大约 5900 万光年的星系。正如威尔金斯所预测的那样,两台望远镜都清楚地探测到了能量转移的 X 射线闪光,这些闪光跟随更亮的更大的耀斑——提供了关键证据,证明来自黑洞后面的 X 射线已经从其吸积盘上回响。

通过对这种效应的未来观察,威尔金斯及其同事希望天文学家能够更多地了解黑洞日冕中发生的物理过程——迄今为止,这些过程已被证明是出了名的难以研究。欧洲航天局的雅典娜X 射线天文台计划于 2031 年发射,为这些测量提供了理想的机会。该仪器的反射镜比现有的 X 射线望远镜大得多,将首次实现对 X-射线的深入观测。来自整个黑洞日冕的射线。

这项研究在《自然》中有所描述。


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