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發(fā)現(xiàn)2.5萬光年外的黑洞附近，每8分鐘爆發(fā)一次黑洞風(fēng)

2019-09-26 09:00 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

天體物理學(xué)家在距離地球至少2.5萬光年的一個黑洞附近，發(fā)現(xiàn)了一股非常熾熱、密度很高的外溢黑洞風(fēng)。這種氣體(電離氦和氫)每8分鐘就會爆發(fā)一次，這是首次在黑洞周圍發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，這項發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《皇家天文學(xué)會月刊》上。

研究對象是Swift J1357.2-0933，首次被發(fā)現(xiàn)是一個x射線瞬態(tài)系統(tǒng)：一個表現(xiàn)出劇烈爆發(fā)的系統(tǒng)。這些瞬態(tài)都是由一顆低質(zhì)量恒星(類似于太陽)和一顆致密物體(可以是白矮星、中子星或黑洞)組成。

在研究中，Swift J1357.2-0933有一個黑洞致密體，其質(zhì)量至少是太陽的6倍。普通恒星物質(zhì)被拉到兩者之間的圓盤上，當(dāng)盤中的物質(zhì)變得熱而不穩(wěn)定，并釋放出大量能量時，就會發(fā)生大規(guī)模的爆發(fā)。這個系統(tǒng)特別不尋常的地方在于，地面望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)，它的光學(xué)亮度在其輸出中呈現(xiàn)周期性下降，隨著爆發(fā)的發(fā)展，這種下降的周期從大約2分鐘慢慢地改變?yōu)榇蠹s10分鐘。這種奇怪的行為在其他天體上從未見過，自發(fā)現(xiàn)以來，這些驚人的快速下降原因一直是科學(xué)熱門話題。

因此，天文學(xué)家們懷著極大興奮迎接該天體的第二次爆發(fā)，這為更詳細(xì)地研究這種奇怪行為提供了機會。得到答案的關(guān)鍵是在每個傾角周期內(nèi)多次獲得光譜，本質(zhì)上是研究它們的顏色如何隨時間變化。但由于該天體比肉眼可見的最暗恒星暗一萬倍左右，而且下沉周期只有8分鐘左右，因此必須使用一個非常大的望遠(yuǎn)鏡。所以天文學(xué)家使用了SALT，南部非洲大型望遠(yuǎn)鏡，南半球最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。南安普敦大學(xué)是英國SALT項目的創(chuàng)始合作伙伴之一，與南非合作者一起，是一個多合作伙伴大型科學(xué)項目的一部分，該項目研究所有類型的瞬變現(xiàn)象。

不僅有必要的巨大收集區(qū)域(它有一個直徑10米的鏡子)，而且它是由常駐天文學(xué)家以100%的排隊計劃方式運作，這意味著它可以隨時對不可預(yù)測的瞬態(tài)事件做出反應(yīng)。這對于Swift J1357.2-0933來說是完美的，SALT獲得了一個多小時的光譜，每100秒拍攝一次。對這個迷人系統(tǒng)的及時觀察，證明了天文臺的快速反應(yīng)，通過其靈活的排隊調(diào)度操作，使它成為后續(xù)瞬態(tài)物體研究的理想設(shè)施，還可以動態(tài)修改觀測計劃，以適應(yīng)科學(xué)目標(biāo)并對結(jié)果做出反應(yīng)，幾乎是實時的。

這些光譜的結(jié)果令人震驚，展示了電離氦的吸收，這在以前從未在這樣的系統(tǒng)中見過。這表明它一定既稠密又熱（大約40000度），更值得注意的是，光譜特征是藍(lán)移的(多普勒效應(yīng))，表明它們正以大約600公里/秒的速度向我們吹來。但真正吃驚的是，發(fā)現(xiàn)這些光譜特征只有在光曲線上的光下降時才可見?？茖W(xué)家已經(jīng)把這種獨特性質(zhì)解釋為由于內(nèi)部吸積盤在傾斜的時間尺度上，繞黑洞旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的翹曲或波紋。這個翹曲距離黑洞很近，只有圓盤半徑的十分之一。

是什么使物質(zhì)遠(yuǎn)離黑洞？幾乎可以肯定，這是在黑洞附近產(chǎn)生的強x射線輻射壓力。但它必須比直接看到的要亮得多，這表明落在黑洞上的物質(zhì)在直接觀察下會使它變得模糊，就像云層遮住了太陽一樣。這是因為恰好是在一個有利的位置上觀察這個雙星系統(tǒng)，就像示意圖中描述的那樣，這個圓盤是側(cè)面朝上的。有趣的是，無論是在光學(xué)上還是在x射線上，這顆伴星都沒有像預(yù)期那樣出現(xiàn)日食。這是因為它非常小，而且總是在圓盤的陰影下。在一組已經(jīng)很有趣的天體中，這個天體具有顯著特性。

這組天體可以教給我們很多關(guān)于恒星演化終點和致密天體形成的知識?，F(xiàn)已經(jīng)知道在銀河系中有幾十個黑洞雙星系統(tǒng)，它們的質(zhì)量都在5-15倍太陽質(zhì)量范圍內(nèi)，銀河系中心的一個黑洞大約有400萬倍太陽質(zhì)量。它們都是通過在這個天體上看到的物質(zhì)增加而增長。相當(dāng)一部分的吸積物質(zhì)正在被吹走，當(dāng)這種情況發(fā)生在星系中心的超大質(zhì)量黑洞中時，那些強勁的風(fēng)和噴流會對星系的其他部分產(chǎn)生巨大影響。