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NICER观察附近恒星质量黑洞的X射线回波

  • 科学
  • 2019-08-13 15:42:55

使用美国宇航局中子星内部成分探测器(NICER)的天体物理学家已经从一颗名为MAXI J1820 + 070的恒星质量黑洞中探测到X射线,因为它消耗了来自伴星的物质; X射线波形成了“光回波”,从黑洞附近的旋转气体中反射出来,揭示了黑洞环境的大小和形状的变化。

黑洞可以将附近伴星的气体虹吸到称为吸积盘的物质环中。

重力和磁力将磁盘加热到数百万度,使其足够热以在磁盘内部靠近黑洞产生X射线。

当盘中的不稳定导致大量气体向内移动,朝向黑洞,如雪崩时,就会发生爆发。磁盘不稳定的原因知之甚少。

盘面上方是日冕,一个亚原子粒子区域,大约10亿摄氏度(18亿华氏度),在高能X射线中发光。

关于日冕的起源和演变仍有许多谜团。一些理论认为结构可以代表这些类型的系统经常发射的高速粒子喷射的早期形式。

天体物理学家希望更好地了解吸积盘的内缘和其上方的日冕在大小和形状上的变化,因为黑洞会从其伴星中吸收物质。如果他们能够理解这些变化如何以及为什么在恒星质量黑洞中发生这些变化,那么科学家们就可以了解超大质量黑洞如何在数百万年内演化,以及它们如何影响它们所居住的星系。

用于绘制这些变化的一种方法称为X射线混响映射,它使用X射线反射,其方式与声纳使用声波映射海底地形的方式大致相同。

来自日冕的一些X射线直接朝向我们,而其他的则照射光盘并以不同的能量和角度反射回来。

超大质量黑洞的X射线混响映射表明,吸积盘的内缘非常接近事件视界,即不归路。

日冕也很紧凑,靠近黑洞,而不是大部分的吸积盘。

然而,先前对恒星黑洞的X射线回波的观察表明,吸积盘的内缘可能相当远,达到事件视界大小的数百倍。

但恒星质量黑洞MAXI J1820 + 070,距离狮子座大约1万光年远,表现得更像它的超大质量表兄弟。

美国宇航局戈达德太空飞行中心的NICER科学负责人Zaven Arzoumanian博士说:“NICER的设计非常灵敏,能够研究一些被称为中子星的微弱,非常密集的物体。”

“我们很高兴看到它在研究这些非常X射线明亮的恒星质量黑洞时的实用性。”

当他们检查了NICER对这个黑洞的观察结果时,Arzoumanian博士和他的同事们发现,直接来自日冕的X射线的初始耀斑与磁盘上的闪光回声之间的延迟或延迟时间减少了,这表明X射线在被反射之前行进的距离越来越短。

距离他们1万光年,他们估计电晕从大约100(161公里)到10英里(16公里)垂直收缩。

麻省理工学院卡夫利天体物理与空间研究所的天体物理学家杰克施泰纳博士说:“这是我们第一次看到这种证据表明它在爆发演变的特定阶段正在萎缩。”

“日冕仍然很神秘,我们仍然对它的含义有一个松散的理解。但我们现在有证据表明系统中正在发展的东西是日冕本身的结构。“

“NICER对MAXI J1820 + 070的观测为我们提供了一些关于恒星质量黑洞以及如何将它们用作类比来研究超大质量黑洞及其对星系形成的影响的新内容,”天体物理学家Philip Uttley博士说。阿姆斯特丹大学。

“我们在NICER的第一年看到过四次类似的事件,这是非常了不起的。感觉就像我们处于X射线天文学巨大突破的边缘。“

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