國(guó)際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)帶有扭曲吸積盤(pán)的黑洞MAXI J1820+070（圖片來(lái)源：論文作者、英國(guó)南安普頓大學(xué)五里河天文學(xué)院John Paice）
（神秘的天文團(tuán)隊(duì)地球uux.cn報(bào)道）據(jù)中國(guó)科學(xué)報(bào)：一個(gè)來(lái)自南非、英國(guó)、學(xué)家吸積法國(guó)和美國(guó)的發(fā)現(xiàn)國(guó)際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，距離銀河系最近的扭曲一個(gè)黑洞周圍觀測(cè)到的光亮度有很大變化，該黑洞距離地球約9600光年，黑洞他們認(rèn)為這是國(guó)際由于吸積盤(pán)的巨大扭曲造成的。相關(guān)研究近日發(fā)表于英國(guó)《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》。天文團(tuán)隊(duì)
這個(gè)名為MAXI J1820+070的學(xué)家吸積天體在2018年3月爆發(fā)，是發(fā)現(xiàn)一種新型X射線瞬變，由國(guó)際空間站上的扭曲日本X射線望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)。該瞬變系統(tǒng)呈現(xiàn)出劇烈的黑洞爆發(fā)，科學(xué)家認(rèn)為它們是國(guó)際雙星系統(tǒng)，由一顆類似太陽(yáng)的天文團(tuán)隊(duì)低質(zhì)量恒星和一顆更致密的天體——白矮星、中子星或是學(xué)家吸積黑洞組成。若是黑洞，研究者認(rèn)為MAXI J1820+070將包含一個(gè)質(zhì)量至少是太陽(yáng)8倍的黑洞。
這一發(fā)現(xiàn)是由美國(guó)變星觀測(cè)者協(xié)會(huì)（AAVSO）的全球業(yè)余愛(ài)好者在近一年的時(shí)間里獲得的廣泛而詳細(xì)的光曲線得出的。MAXI J1820+070是迄今為止觀測(cè)到的三個(gè)最亮的X射線瞬變現(xiàn)象之一，這是由于它離地球很近，又不在銀河系的模糊平面之外。它在好幾個(gè)月里都很亮，所以才有可能有這么多的業(yè)余愛(ài)好者跟隨它。
南安普頓大學(xué)教授員、研究小組成員Phil Charles解釋說(shuō)：“來(lái)自正常恒星的物質(zhì)被致密天體拉入其周圍的螺旋氣體吸積盤(pán)。當(dāng)圓盤(pán)中的物質(zhì)變熱且不穩(wěn)定時(shí)，就會(huì)發(fā)生大規(guī)模的爆發(fā)，并在穿越視界之前聚集到黑洞上釋放出大量的能量。這個(gè)過(guò)程是混亂的，而且變化很大，時(shí)間尺度從毫秒到幾個(gè)月不等?！?br>研究團(tuán)隊(duì)制作了一個(gè)可視化系統(tǒng)，展示了巨大的X射線輸出是如何從非常接近黑洞的地方發(fā)射出來(lái)的，然后輻射周圍的物質(zhì)，特別是吸積盤(pán)，將其加熱到大約10000K的溫度，這就是發(fā)射出來(lái)的可視光。因此當(dāng)X射線爆發(fā)減弱時(shí)，可見(jiàn)光也減弱了。
但在爆發(fā)近3個(gè)月后發(fā)生了一件科學(xué)家意料之外的事情，當(dāng)時(shí)光曲線開(kāi)始大幅調(diào)制——類似上下調(diào)光開(kāi)關(guān)，亮度在峰值時(shí)幾乎增加了一倍，大約持續(xù)了17個(gè)小時(shí)。然而，X射線輸出沒(méi)有任何變化，仍然保持穩(wěn)定。雖然在過(guò)去的X射線瞬態(tài)爆發(fā)中也曾觀測(cè)到小的準(zhǔn)周期可見(jiàn)調(diào)制，但從未見(jiàn)過(guò)如此規(guī)模的調(diào)制。
是什么導(dǎo)致了這種不尋常的行為？Charles說(shuō)：“從圖中所示的系統(tǒng)角度來(lái)看，我們可以很快排除通常的解釋，即X射線照亮了供體恒星的內(nèi)表面，因?yàn)樵隽涟l(fā)生在錯(cuò)誤的時(shí)間。也不可能是隨著調(diào)制相對(duì)于軌道逐漸移動(dòng)，從質(zhì)量傳遞流擊中圓盤(pán)的地方發(fā)出的光發(fā)生了變化?！?br>研究團(tuán)隊(duì)制作了一個(gè)可視化系統(tǒng)，展示了巨大的X射線輸出是如何從非常接近黑洞的地方發(fā)射出來(lái)的，然后輻射周圍的物質(zhì)，特別是吸積盤(pán)，將其加熱到大約10000K的溫度，這就是發(fā)射出來(lái)的可視光。因此當(dāng)X射線爆發(fā)減弱時(shí)，可見(jiàn)光也減弱了。
但在爆發(fā)近3個(gè)月后發(fā)生了一件科學(xué)家意料之外的事情，當(dāng)時(shí)光曲線開(kāi)始大幅調(diào)制——類似上下調(diào)光開(kāi)關(guān)，亮度在峰值時(shí)幾乎增加了一倍，大約持續(xù)了17個(gè)小時(shí)。然而，X射線輸出沒(méi)有任何變化，仍然保持穩(wěn)定。雖然在過(guò)去的X射線瞬態(tài)爆發(fā)中也曾觀測(cè)到小的準(zhǔn)周期可見(jiàn)調(diào)制，但從未見(jiàn)過(guò)如此規(guī)模的調(diào)制。
是什么導(dǎo)致了這種不尋常的行為？Charles說(shuō)：“從圖中所示的系統(tǒng)角度來(lái)看，我們可以很快排除通常的解釋，即X射線照亮了供體恒星的內(nèi)表面，因?yàn)樵隽涟l(fā)生在錯(cuò)誤的時(shí)間。也不可能是隨著調(diào)制相對(duì)于軌道逐漸移動(dòng)，從質(zhì)量傳遞流撞擊星盤(pán)的地方發(fā)出的光發(fā)生了變化。”
這就只剩下一個(gè)可能的解釋了，巨大的X射線流照射吸積盤(pán)并導(dǎo)致其扭曲（如圖所示）。這種扭曲讓可被照亮的光盤(pán)區(qū)域大幅增加，從而使在一定時(shí)間內(nèi)觀看到它時(shí)，視覺(jué)光能量急劇增加。這種行為曾在有更大質(zhì)量供體的X射線雙星中被觀察到，但從未在像這樣有低質(zhì)量供體的黑洞瞬變中看到過(guò)。作者表示，這為研究扭曲吸積盤(pán)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)開(kāi)辟了一條全新的途徑。
“在一組已經(jīng)很有趣的天體中，這個(gè)天體具有不同尋常特性，它們可讓我們了解很多關(guān)于恒星演化的端點(diǎn)和致密天體形成的知識(shí)?！盋harles說(shuō)，“我們已經(jīng)知道銀河系中有幾十個(gè)黑洞雙星系統(tǒng)，它們的質(zhì)量都在太陽(yáng)質(zhì)量的5-15倍范圍內(nèi)。它們都是通過(guò)物質(zhì)的累積而生長(zhǎng)的，我們?cè)谶@里已經(jīng)看到了這種現(xiàn)象?！?br>大約從5年前開(kāi)始，南非大型望遠(yuǎn)鏡（SALT）瞬態(tài)天體的重大科學(xué)研究項(xiàng)目已經(jīng)對(duì)緊湊雙星進(jìn)行了許多重要的觀測(cè)，包括像MAXI J1820+070這樣的黑洞系統(tǒng)。該項(xiàng)目首席研究員南非天文臺(tái)的David Buckley則表示：“SALT是研究這些X射線雙星在爆發(fā)期間變化行為的完美工具，它可以定期監(jiān)測(cè)幾周到幾個(gè)月，并可以與其他望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)相協(xié)調(diào)，包括太空望遠(yuǎn)鏡?！?br>相關(guān)論文信息：https：//doi.org/10.1093/mnras/stab3033
相關(guān)報(bào)道：銀河系發(fā)現(xiàn)吸積盤(pán)嚴(yán)重扭曲的神秘黑洞
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)新浪科技：國(guó)外媒體報(bào)道，目前，一支國(guó)際天文學(xué)家小組發(fā)現(xiàn)銀河系一個(gè)黑洞周圍存在較大的光線亮度變化，該黑洞距離地球9600光年，推測(cè)是由吸積盤(pán)出現(xiàn)較大程度扭曲變形所致。
2018年3月，這個(gè)被命名為MAXI J1820+070的黑洞噴射新類型X射線瞬變，被國(guó)際空間站日本X射線圖像監(jiān)視望遠(yuǎn)鏡（MAXI）觀測(cè)到，該瞬變過(guò)程呈現(xiàn)出劇烈爆發(fā)，MAXI J1820+070是雙星黑洞，由一顆類似太陽(yáng)的低質(zhì)量恒星和一顆較緊湊的天體構(gòu)成，該天體可能是白矮星、中子星或者黑洞，在這種情況下，MAXI J1820+070存在一個(gè)黑洞，其質(zhì)量至少是太陽(yáng)的8倍。
這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上，研究報(bào)告第一作者是南非天文臺(tái)（SAAO）博士后研究員杰西莫·托馬斯博士。據(jù)悉，MAXI J1820+070是迄今觀測(cè)到最明亮的三個(gè)X射線瞬變天體之一，這是由于它距離地球較近，并且在銀河系模糊平面之外，因?yàn)樗髁涟l(fā)光可持續(xù)幾個(gè)月時(shí)間，所以才會(huì)有許多天文愛(ài)好者對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)。
美國(guó)南安普頓大學(xué)研究員菲爾·查爾斯教授解釋稱，來(lái)自正常恒星的物質(zhì)被致密天體拉入其周圍的螺旋氣體吸積盤(pán)，當(dāng)吸積盤(pán)中的物質(zhì)變熱且不穩(wěn)定時(shí)，就會(huì)發(fā)生大規(guī)模爆發(fā)，并在穿越“事件視界（event horizon）”之前能量聚集在黑洞隨后釋放，該過(guò)程是非常混亂無(wú)序的，而且變化較大，跨越時(shí)間尺度從幾毫秒至幾個(gè)月不等。據(jù)悉，事件視界是一種時(shí)空的曲隔界線，視界中任何事件均無(wú)法對(duì)視界外的觀察者產(chǎn)生影響，在黑洞周圍的就是事件視界。在強(qiáng)大的引力影響下，黑洞附近逃逸速度會(huì)大于光速，使得任何光線都不可能從事件視界內(nèi)逃離。
目前，托馬斯博士帶領(lǐng)研究小組設(shè)計(jì)了一個(gè)可視化系統(tǒng)，展示了鄰近黑洞區(qū)域出現(xiàn)巨大X射線輸出特征，照亮周圍的宇宙物質(zhì)，尤其是吸積盤(pán)，使吸積盤(pán)加熱至大約1萬(wàn)攝氏度，該狀況下可看到釋放的可見(jiàn)光線，這就是為什么當(dāng)X射線爆發(fā)減弱時(shí)，可見(jiàn)光線也減弱。
然而，MAXI J1820+070能量爆發(fā)近3個(gè)月后發(fā)生了一件意想不到的事情，在大約17小時(shí)的時(shí)間里，可見(jiàn)光曲線開(kāi)始出現(xiàn)巨大變化，這有點(diǎn)像將汽車變光開(kāi)關(guān)上下轉(zhuǎn)動(dòng)，亮度峰值瞬間翻倍。但是X射線輸出沒(méi)有任何變化，仍然保持穩(wěn)定狀態(tài)，雖然之前在其他X射線瞬變爆發(fā)中，也曾觀測(cè)到較小準(zhǔn)周期可見(jiàn)光調(diào)變，但從未觀測(cè)到如此規(guī)模的變化。
是什么原因?qū)е逻@種不同尋常的變化？查爾斯教授說(shuō)：“從圖像系統(tǒng)來(lái)看，我們可以很快排除一般性解釋，即X射線照亮了供體星內(nèi)表面，因?yàn)樵隽吝^(guò)程發(fā)生在錯(cuò)誤的時(shí)間，同時(shí)，也不可能是由于伴隨軌道相對(duì)移動(dòng)逐漸出現(xiàn)光線調(diào)變，而導(dǎo)致質(zhì)量轉(zhuǎn)移流轟擊吸積盤(pán)產(chǎn)生光線變化?！?br>這樣就只有一種可能性解釋，即巨大X射線流照射吸積盤(pán)，并導(dǎo)致吸積盤(pán)出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。吸積盤(pán)扭曲提供了更大區(qū)域被X射線照亮，從而使視覺(jué)光線輸出急劇增大，從正確的時(shí)間進(jìn)行觀測(cè)，該現(xiàn)象曾在有更大質(zhì)量供體的X射線雙星中被觀測(cè)到，但從未在這樣低質(zhì)量供體的黑洞瞬變中發(fā)現(xiàn)，這將為研究扭曲吸積盤(pán)結(jié)構(gòu)開(kāi)辟一條全新的途徑。
查爾斯教授稱，該現(xiàn)象增進(jìn)了我們關(guān)于恒星演變的端點(diǎn)和致密天體形成過(guò)程的認(rèn)知理解，目前我們已知銀河系中有幾十個(gè)黑洞雙星系統(tǒng)，它們的質(zhì)量在5-15倍太陽(yáng)質(zhì)量之間，它們都是通常物質(zhì)累積而生長(zhǎng)的，這正好印證了我們的最新研究結(jié)果。
大約從5年前開(kāi)始，南非大型望遠(yuǎn)鏡（SALT）勘測(cè)瞬變天體，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)大量緊湊雙星系統(tǒng)，其中包括MAXI J1820+070這樣的黑洞系統(tǒng)，該研究項(xiàng)目首席研究員大衛(wèi)·巴克利教授說(shuō)：“SALT望遠(yuǎn)鏡是研究X射線雙星在爆發(fā)期變化的完美儀器，它能定期監(jiān)測(cè)幾周至幾個(gè)月，并可以和其他望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)協(xié)調(diào)配合?！?/p>