專家園地

您所在位置:首頁 > 專家園地 > 正文

天文學家觀察到一個黑洞的演變 因為它擊中了恒星物質

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-10-28瀏覽次數:971

3月11日,國際空間站上的一種儀器發現了一次巨大的X射線爆炸,其速度比蟹狀星云快6倍,離地球近1萬光年。科學家已經確定,光源是一個黑洞,在爆炸中被捕獲 - 這是一個極端階段,當黑洞吞噬附近恒星的大量氣體和塵埃時,黑洞可以發出明亮的X射線能量。

現在麻省理工學院和其他地方的天文學家已經在這次X射線爆發中發現了“回聲”,他們認為這可能是爆發期間黑洞如何演變的線索。在今天發表在“自然”雜志上的一項研究中,研究小組報告證據表明,當一個黑洞消耗大量的恒星物質時,它的電暈 - 黑洞周圍的高能電子的光環 - 從一開始就顯著縮小。僅僅一個多月,大約100公里(大約馬薩諸塞州的寬度)只有10公里。

這一發現是第一個證據表明隨著黑洞的進入或積累,電暈會收縮。結果還表明,在爆炸的最極端階段,正是電暈促進了黑洞的演變。

麻省理工學院天體物理與空間研究所的研究科學家杰克斯坦納說:“這是我們第一次看到這一證據表明它在進化的特定階段正在萎縮。”這很神秘,我們仍然對它的含義有一個松散的理解。但我們現在有證據表明系統中正在發展的是電暈本身的結構。“

施泰納的麻省理工學院合著者包括羅納德雷米拉德和第一作者艾琳卡拉。

X射線回聲

3月11日檢測到的黑洞被命名為MAXI J1820 + 070,用于測試儀器。全天空X射線圖像監視器(MAXI)任務是安裝在國際空間站(ISS)的日本實驗模塊中的一組X射線探測器,用于監視整個天空中的X射線爆發和耀斑。

在儀器拿起黑洞后不久,施泰納和他的同事開始使用美國宇航局的中子星內部資源管理員或國際空間站(NICER)上的另一臺儀器觀察事件。由麻省理工學院設計,用于測量黑洞的數量和時間。傳入的X射線光子。

“這個蓬勃發展的黑洞出現在現場,它幾乎完全沒有障礙,所以我們對正在發生的事情有一個非常原始的看法,”施泰納說。

當黑洞從附近的恒星中吸取大量物質時,就會發生典型的爆發。這種物質積聚在黑洞周圍,形成一個旋轉的漩渦,稱為吸積盤,可以跨越數百萬英里。靠近黑洞中心的盤中的材料旋轉得更快,產生摩擦并加熱盤。

“中心的氣體溫度是數百萬度,”施泰納說。 “當你加熱一些東西時,它會像X射線一樣閃耀。這個圓盤可能會發生雪崩并將其氣體倒入中央黑洞,每秒鐘就會有大約珠穆朗瑪峰的氣體值。這是爆炸發生時的情況。通常持續一年左右。“

科學家此前曾觀察到吸積盤發出的X射線光子可以穿透黑洞日射中的高能電子。施泰納說,其中一些光子可能“散射到無限遠”,而其他光子則作為高能X射線散射到吸積盤上。

使用NICER,該團隊能夠在整個黑洞爆炸中收集極其準確的X射線光子能量和時間測量結果。它們必須在低能光子(可能是由吸積盤最初發射的光子)和高能光子(可能與電暈電子相互作用的X射線)之間拾取“回聲”或滯后現象。在一個月的時間里,研究人員觀察到這些滯后長度顯著減少,表明日冕與吸積盤之間的距離也在縮小。但它是轉移的磁盤還是電暈?

為了回答這個問題,研究人員測量了天文學家稱之為“鐵線”的跡象 - 鐵原子在吸積盤中發射的特征,只有當它們被激活時,例如通過關閉X射線光子。電暈電子。因此,鐵可以測量吸積盤的內邊界。

當研究人員在整個爆發期間測量電線時,他們發現沒有可測量的變化,表明磁盤本身沒有變形但保持相對穩定。結合X射線滯后現象的證據,他們得出結論,由于黑洞的爆發,它必須改變電暈和收縮。

“我們看到日to開始在內部吸積盤100公里范圍內擴張,然后在大約一個月后縮小到大約10公里,”施泰納說。 “這是第一個明顯的電暈收縮情況,磁盤穩定。”

“NICER允許我們測量比以前更接近恒星質量黑洞的光回波,”卡拉補充道。 “在過去,這些內部吸積盤上的光線回波僅出現在超大質量黑洞中,這些黑洞是數百萬至數十億的太陽質量,并且已經發展了數百萬年。像J1820這樣的恒星黑洞質量低得多,發展得更快,所以我們可以看到變化在人類時間尺度上起作用。“

雖然目前尚不清楚是什么原因引起了太陽的收縮,但施泰納推測高能電子云正受到來自吸積盤的大量氣體產生的巨大壓力的擠壓。

這些發現為黑洞爆發的重要階段提供了新的見解,稱為從硬到軟的過渡。科學家們已經知道,在爆炸初期的某些時刻,黑洞從由電暈能量主導的“硬”階段變為“軟”階段,這更受累積板排放的影響。

“這一轉變標志著黑洞吸積模型的根本變化,”施泰納說。 “但我們并不確切知道發生了什么。黑洞如何從電暈控制過渡到磁盤?磁盤是否移入并接管,或者電暈是否會以某種方式改變并消散?這是幾十年的嘗試解開的事情現在,這是關于在這個過渡階段發生的事情的最終工作,而變化的是日.“

這項研究得到了NASA通過NICER任務和天體物理學探索者計劃的部分支持。

蓝海赚钱