黑洞发出的X射线与无线电波像心电图一样此起彼落

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  位于天鹰座方向距离我们约36,000光年远的GRS 1915+105(又称为天鹰座V1487)是由一个恒星级黑洞和其伴星(一般恒星)所组成的X射线双星,根据估计,该黑洞的质量约为太阳质量的12倍。该天体甚至被称为微类星体(micro-quasar),从其伴星流出的物质在黑洞周围形成高温的吸积盘并从盘面发出强烈的X射线,若是使用无线电波段观测,还能看到接近光速的高能粒子喷流。

  从GRS 1915+105吸积盘中发出的X射线及来自喷流的无线电波都在剧烈的变动,虽然过去知道X射线的高能量是由于吸积盘内侧的强烈加热效果而成为所谓的黑洞「冕」区所导致的,但与喷流之间的变化关系似乎还不明确。

  研究团队将历时15年的观测,其中包含了罗西X射线计时探测器(Rossi X-ray Timing Explore,RXTE)每隔三天对该天体的观测以及英国马拉德无线电天文台几乎每天的观测数据进行组合分析。

  结果表明,在这个天体中,黑洞周围的物质被加热,形成巨大的黑洞「冕」区后,接着以喷流的形式喷射出去,这两个阶段不断地重复,如同心脏的收缩及舒张,让血液开始循环,就好比心电图那样。

  像这种冕与喷流轮流交织的状况不仅仅是个案,在天文界的争议也长达20年之久,本次冕阶段后的喷流确认过程是非常困难的,天文学家们需以秒为单位对其数年的资料进行比较,此外高能量及低能量间的比较也不能放过。

  本次的研究证明了GRS 1915+105的冕及喷流阶段是交替发生的,但同时也产生了几个待解的谜题。例如,该天体的X射线能量之高,仅凭冕的温度是无法解释的,研究团队认为可能是磁场效应所致,也正好可以解释喷流的成因,如果磁场的变动杂乱无章以及冕加热的机制下,物质就会沿着磁力线形成喷流。研究团队认为,本次确认的结构或许也能适用于银河系中心的超大质量黑洞。(编译/台北天文馆技佐许晋翊)

Two screenshots of the animation of two phases of a black hole. (c) Méndez et al.
描绘GRS 1915+105两个阶段的插图。(左)高温物质在吸积盘内部形成一个日冕(蓝色甜甜圈状部分),从中发射高能X射线。在这个阶段看不到喷流。(右)当日冕收缩并且温度下降时,从中心向上和向下喷射流。(提供:Méndez等人)

资料来源:AstroArts

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