发布单位:台北市立天文科学教育馆 

  雷射重力波天文台(LIGO)的科学家宣布,在北京时间2019年4月26日23:22:17(世界时UTC 15:22:17),测到疑似黑洞吞噬中子星的事件,且仅在前一天也发现第2起两颗中子星碰撞成黑洞的重力波事件。26日的重力波事件,暂时编号为S190426c,距离约12亿光年,由位在美国LIGO与意大利Virgo检测到。天文学家绘制位置图以显示重力波最有可能产生的区域,并将这些信息通知世界各地的天文学家搜寻事件发出的光线。虽然重力波的讯号不是很强,不能百分之百确认就是黑洞与中子星的双星系统造成,但如果获证实,将是首次此系统存在的证据。

  在前一天,北京时间4月25日16:18:26所观测重力波事件则是第2起中子星碰撞合并成黑洞的事件,数据显示碰撞天体大约是2倍太阳质量,因此认为是中子星的可能性很高。此事件距离约5亿光年,约是2017年中子星合并事件的3倍远。但与上次不同,天文学家尚未发现任何伽玛射线爆发的迹象。

  自2016年2月首次探测到重力波之后,LIGO成员不但成功检测到多起重力波,也验证爱因斯坦广义相对论,并在2017年获得诺贝尔物理奖。在一年多前LIGO停机升级仪器,并在4月1日重新上线后,迄今已观测到5次重力波事件,符合科学家预期新仪器能每周检测到一次事件,每月能看到一次中子星合并事件的预期。随着探测器灵敏度提高,LIGO团队不仅希望能探测更多事件,还能探测到更多形式的合并现象。(编译/台北天文馆李瑾)

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资料来源:nature news

发布单位:中国科学技术大学天文学系

  中国科学技术大学天文学系王挺贵小组与中国极地研究中心、安徽师范大学的学者合作,在近邻宇宙的无核球棒旋星系NGC 3319中心发现中等质量黑洞候选体,为超大质量黑洞的种子的形成机制提供了重要线索。相关成果于2018年12月10日发表在天体物理权威期刊《天体物理期刊》上。

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图左:星系NGC3319的光学图像(来自美国斯隆数字巡天);图右:星系中心区域的放大图(哈勃太空望远镜的紫外图像),青色X标注的是Chandra X射线卫星探测的位置,X射线图像展示在左下角。

  黑洞(英语:black hole)是爱因斯坦的广义相对论预言的一类独特的时空结构,在中心存在奇点,它存在一个视界面,进入面内的所有物质包括光都无法逃脱最终落到奇点。目前已知的黑洞可以分为两大类:第一类质量在几倍到几十倍太阳质量之间,称作恒星级黑洞;另一类质量在几百万到几十亿太阳质量之间,称作超大质量黑洞,位于星系的中心。恒星级黑洞首先由理论预言其存在,是大质量恒星死亡留下的产物,它通过吸积伴星的物质产生明亮的X射线辐射而被观测到。超大质量黑洞的物理起源并不明确,它最初是为了解释类星体巨大的能量输出而被理论家提出,随后被近邻星系的恒星动力学测量等观测证实。不仅如此,人们还发现超大质量黑洞和寄主星系核球的性质紧密相关,强烈暗示着两者可能是共同演化的。于是,一个自然而然的问题就被提出,是否存在质量介于两类黑洞之间的中等质量黑洞,即质量位于几百到几十万倍太阳质量的黑洞?这类黑洞可能作为超大质量黑洞的种子,对于我们理解超大质量黑洞的形成与增长有非常重要的意义。

  然而,发现中等质量黑洞一直是一个难题,这是因为它们距离比恒星级黑洞更远,但质量又比超大质量黑洞小,其产生的观测效应很弱,导致迄今可靠的候选体依然很有限。王挺贵小组采取了多波段交叉认证的方法在近邻宇宙成功发现一例极佳的候选体。该工作通过美国国家航空航天局(NASA)的Chandra和欧洲太空局(ESA)的XMM-Newton两个目前最灵敏的X射线卫星在棒旋星系NGC 3319中心发现一个X射线点源,虽然其光度看起来更接近一般的超亮X射线源(ULX),但它的位置与哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope)的紫外和光学图像揭示的星系中心位置一致。综合分析其X-ray,紫外,光学的能谱分布,发现它与高吸积率的活动星系核高度一致,与ULX显著有差别。假设其爱丁顿吸积率为0.1,黑洞质量只有大约3千太阳质量,这可能是目前发现的星系中心最小的中等质量黑洞。用其他方法(如基本面关系,X射线光变等)估计的黑洞质量也小于10万倍太阳质量。

  该研究表明结合当今最高空间分辨率的X射线和紫外观测对于发现中等质量黑洞很有效。王挺贵小组发现的目标是目前距离我们最近的几个候选体之一,有利于后续研究,如通过动力学测量得到更加准确的黑洞质量。NGC 3319是一个无核球的棒旋星系,有模拟研究表明,星系棒能有效的驱使气体内流,形成种子黑洞,该工作发现的中等质量黑洞候选体很可能就代表了这类种子黑洞的独特形成模式,对于我们全面理解超大质量黑洞的形成之谜有重要的启示。

  论文的第一作者是物理学院天文学系的特任副研究员蒋凝博士,与天文学系王挺贵教授和中国极地研究中心的周宏岩教授为共同通讯作者,其他主要合作者还包括安徽师范大学的舒新文教授,中国极地研究中心的杨臣威博士等。论文放到预印本网站上后立即被著名科普网站世界科技研究新闻咨询网(phsy.org)于2018年11月5日专题报道,引起广泛国际关注。本项研究得到国家自然科学基金、中国科学院以及科大青年创新基金的资助。

论文链接:
Jiang, N., Wang, T.-G., Zhou, H.-Y., et al. 2018, "Discovery of An Active Intermediate-Mass Black Hole Candidate in the Barred Bulgeless Galaxy NGC 3319",  The Astrophysical Journal, 869, 49
http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aaeb90/meta

Phys.org网站报道链接:
Galaxy NGC 3319 may host an active intermediate-mass black hole, study finds
https://phys.org/news/2018-11-galaxy-ngc-host-intermediate-mass-black.html

发布单位:上海天文台

  如果一个遥远的活跃黑洞几乎朝向我们喷出物质,我们会看到什么?看到的现象又意味着黑洞那里发生了什么?

  近日,中国科学院上海天文台由王仲翔研究员领导的研究团组,发现了一个编号为PKS 2247-131的耀变体发出的伽马射线辐射,就在规律性地变亮变暗,每一个多月变化一次。此次发现是迄今为止费米卫星观测到的唯一一次周期为月级的准周期振荡事例。目前该工作已被Nature Communications杂志接收发表。

耀变体是什么?

  有一类超大质量黑洞正处于活跃状态,吞噬着周围的物质,形成一个腰带(吸积盘),发出明亮的光,这类超大质量黑洞被称作活动星系核。研究表明,它们当中有10%会在近乎垂直于腰带的方向喷出物质和能量,喷出的速度接近光速。当喷流方向是朝向我们时,由于相对论效应,喷流出的光通常比整个星系还要强,这类活动星系核被称为耀变体。

准周期振荡是什么?

  从各个频率波段去观测活动星系核,我们会发现它们通常都呈现亮度变化(光变),而耀变体的亮度变化格外剧烈。经过长期研究,天文学家发现有一类天体具有比较罕见的亮度变化现象,即它们的亮度呈现出周期性的变化规律,故被称作准周期振荡。通常认为,这类现象揭示了近邻黑洞被吞噬物质的运动,周期从几小时到几十天;或者星系中心实际存在着两个超大质量黑洞,两个黑洞的相互绕转导致了准周期性光变,周期约从几年到几十年。

首次发现一个耀变体伽马射线辐射具有月级准周期振荡

  近日,中国科学院上海天文台由王仲翔研究员领导的研究团组,发现了一个编号为PKS 2247-131的耀变体呈现了周期为34.5天的准周期振荡。这颗耀变体离我们约36亿光年。“基于国际费米伽马射线望远镜拍摄的数据,我们发现2016年10月拍摄到的它处于剧烈耀发状态,也就是说它变得最亮,之后就开始比较有规律地周期性变暗和变亮。”该工作第一作者、上海天文台的周佳能博士介绍,他们分析发现它的周期是34.5天。

  王仲翔研究员说,这类周期为月级的准周期振荡现象非常罕见,我们分析了费米望远镜拍摄的1800个耀变体,也仅找到唯一一次,它是迄今为止费米观测到的唯一的一次周期为月级的事例。

是什么造成了这次准周期振荡呢?

  “通过更具体的分析,我们发现,在准周期振荡期间,能谱指数并未明显差别,这表明物理过程并未发生明显变化;那么亮度的周期性变化就很可能源于几何效应。具体来说,由于此耀变体的喷流有螺旋结构,在运动中其辐射方向和我们的视线方向的夹角有周期性变化,从而使得我们观测到周期性的显著光变。”该工作的主要参与者、上海天文台的陈亮副研究员解释。

  王仲翔研究员指出,此前在射电波段和光学波段都发现过喷流螺旋结构的观测证据,但从未在伽马射线波段发现过,我们首次看到了。

  本工作的合作者还包括紫金山天文台的张鹏飞和云南天文台的张居甲,以及美国和智利的天文学家。

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  图1:耀变体PKS 2247-131的伽玛射线光变曲线。在2016年10月爆发峰值之后的约210天内,此耀变体表现出周期性的光变(由绿色曲线和红色箭头标出),周期为34.5天。下方图框中给出的是上方每个点的能谱指数,在周期光变期间指数无显著变化,支持此光变的几何起源。

  图2:喷流螺旋结构产生周期性光变的示意图。在喷流物质从黑洞向外运动过程中,朝向我们视线时由于相对论效应产生光变峰值(亮),而偏离我们视线时则产生光变低值(暗)。

科研文章链接:

科学联系人:
周佳能,中国科学院上海天文台,zjn@shao.ac.cn
王仲翔,中国科学院上海天文台,wangzx@shao.ac.cn
陈亮,中国科学院上海天文台,chenliang@shao.ac.cn

新闻联系人:
左文文,中国科学院上海天文台,wenwenzuo@shao.ac.cn