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中国|中国“慧眼”卫星发现距离黑洞最近的高速喷流

中新网北京9月22日电 (采访人员 孙自法)中国慧眼(HXMT)卫星又有重磅发现——其最新观测结果发现距离黑洞最近的高速喷流 ， 这对于研究黑洞附近的广义相对论效应、物质动力学过程和辐射机制等具有重大意义 。
采访人员22日从中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)获悉 ， 慧眼卫星最新在高于200千电子伏特(keV)的能段发现了黑洞双星系统的低频准周期振荡(QPO) ， 这是迄今为止发现的能量最高的低频准周期振荡现象 。 进一步研究表明 ， 该低频准周期振荡起源于黑洞视界附近的相对论喷流(黑洞向外高速运动的等离子体流)的进动(即喷流的方向绕一个中心轴旋转) ， 为解决一直以来存在争议的低频准周期振荡物理起源问题提供了重要依据 。
中国|中国“慧眼”卫星发现距离黑洞最近的高速喷流
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慧眼卫星发现了离黑洞最近的喷流产生的准周期调制信号的艺术想像示意图 。 (中科院高能所慧眼卫星团队 供图)
黑洞领域这一重要观测发现及研究由中科院高能所、英国南安普顿大学、德国图宾根大学、中科院上海天文台等科研人员共同完成 ， 其成果论文已由最新一期国际专业学术期刊《自然-天文学》(Nature Astronomy)在线发表 。
中科院高能所介绍说 ， 低频准周期振荡发现于上世纪80年代 ， 是一种在X射线双星中普遍存在的时变现象 ， 其起源30多年来一直是致密天体研究的一个未解难题 。
2018年3月 ， 编号MAXI J1820+070的黑洞X射线双星(由一个几倍太阳质量的黑洞和一个恒星组成的双星系统)发生爆发 ， 在相当长一段时间里是天空中最亮的X射线源之一 。 慧眼卫星快速反应 ， 对这一重要天体进行长达几个月的高频次定点观测 ， 并获得了海量观测数据 。
中国|中国“慧眼”卫星发现距离黑洞最近的高速喷流
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慧眼卫星首次探测到了能量在200keV以上的低频QPO 。 (中科院高能所慧眼卫星团队 供图)
基于慧眼卫星这些观测数据 ， 国际合作团队发现MAXI J1820+070在很宽的能段范围内都存在低频准周期振荡现象 ， 最高能量超过200keV ， 比慧眼卫星之前其他卫星发现的准周期振荡能量上限几乎提高了一个数量级 。 因此研究团队提出 ， 该低频准周期振荡应该产生于黑洞视界附近喷流的进动 ， 很可能由黑洞自转产生的广义相对论的时空参考系拖曳效应产生 。
喷流是运动速度接近光速的高速物质流 ， 以前在射电、可见光和X射线波段从很多黑洞X射线双星系统以及中心是超大质量黑洞(质量是百万到百亿倍太阳质量)的遥远类星体中都观测到过 ， 是黑洞系统的一种主要观测特征 ， 也是黑洞系统在吞噬周围物质的过程中对周围环境产生显著反馈影响的一种主要手段 。
不过 ， 此前观测到的喷流距离黑洞都非常远 ， 并且尚不清楚这些喷流到底起源于距离黑洞多远的位置 ， 以及是如何从黑洞的强引力场中逃出并且被加速到接近光速的 。 而慧眼卫星的最新观测 ， 第一次将喷流的源头定位到距离黑洞上百公里的区域 ， 这是迄今为止观测到的距离黑洞最近的相对论喷流 。
研究团队指出 ， 慧眼卫星关于MAXI J1820+070中低频准周期振荡现象的研究成果 ， 显示出其研究天体高能X射线快速光变的强大能力 。 未来 ， 慧眼卫星有望发现更多的高能低频准周期振荡现象 ， 全面加深学界对于低频准周期振荡现象的理解 。
【中国|中国“慧眼”卫星发现距离黑洞最近的高速喷流】慧眼是中国第一颗空间X射线天文卫星 ， 该卫星项目由中科院高能所提出并牵头负责卫星有效载荷、地面应用系统和科学研究工作 。


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