十幾年前，天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了來自一個超大質(zhì)量黑洞的X射線準(zhǔn)周期震蕩信號——“黑洞的心跳”。
來自中國科學(xué)院國家天文臺近日的消息稱，當(dāng)天文學(xué)家再次有機會觀測這個黑洞時，發(fā)現(xiàn)其信號仍在持續(xù)，而且變得更強。
這一天文發(fā)現(xiàn)由中科院國家天文臺高能天體物理團組金馳川研究員主導(dǎo)，合作者包括英國杜倫大學(xué)克里斯·多恩教授和馬丁·伍德教授，研究成果論文近日在《英國皇家天文學(xué)會月刊》發(fā)表。
據(jù)成果論文第一作者兼通訊作者金馳川介紹，宇宙中存在大量的具有百萬至上億個太陽質(zhì)量的黑洞，但在黑洞周圍產(chǎn)生X射線等高能輻射的周期性重復(fù)信號卻極少被發(fā)現(xiàn)，這種信號的周期攜帶了關(guān)于黑洞視界附近的物質(zhì)尺度和結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵信息。
此前已知的一個能夠產(chǎn)生類似“心跳”信號的黑洞，是位于銀河系旋臂內(nèi)編號為GRS 1915+105的小黑洞，其質(zhì)量僅為12倍太陽，正快速從旁邊一顆恒星吸收物質(zhì)，并以67赫茲左右“心率”產(chǎn)生X射線“心跳”信號。
如今這個特殊的黑洞，是一個距離地球6億光年、200萬倍太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞，其編號為RE J1034+396。通過簡單的質(zhì)量對比，天文學(xué)家估算出RE J1034+396的理論“心率”，和實測“心率”很一致。
“這個心跳信號非常美妙!它首次證明來自超大質(zhì)量黑洞的這類周期性信號可以長期保持穩(wěn)定。”金馳川說。
2007年，科學(xué)家們利用歐洲空間局的XMM-牛頓衛(wèi)星，首次發(fā)現(xiàn)這個黑洞的X射線輻射具有1小時左右的周期性震蕩信號。2011年以后，由于該黑洞的視線方向離太陽太近，對其“心跳”信號的監(jiān)測也即停止。
直到2018年，科學(xué)家們再次有機會對這個黑洞開展觀測。由金馳川領(lǐng)銜的研究團隊向歐空局和美國宇航局申請使用XMM-牛頓衛(wèi)星、“核光譜望遠(yuǎn)鏡陣列”衛(wèi)星和“雨燕”衛(wèi)星，對RE J1034+396開展聯(lián)合觀測，并于2018年10月順利完成所有觀測任務(wù)。
研究團隊后續(xù)經(jīng)過詳細(xì)數(shù)據(jù)分析，最終確認(rèn)RE J1034+396的X射線震蕩信號仍然存在，并且比10年前更強。這也是目前觀測到的超大質(zhì)量黑洞“心跳”信號的最長持續(xù)時間。
“這個‘心跳’信號為我們提供了深入研究其物理機制和起源的重要線索和絕佳機會。RE J1034+396也可以成為中國下一代X射線天文衛(wèi)星，比如愛因斯坦探針衛(wèi)星和eXTP衛(wèi)星的重要觀測目標(biāo)之一。”金馳川說。
該成果論文合作者之一的克里斯·多恩說：“我們目前的理解是，這種‘心跳’信號源自黑洞視界附近高溫物質(zhì)的周期性結(jié)構(gòu)變化過程。通過與GRS 1915+105這個位于銀河系內(nèi)部的小質(zhì)量黑洞的對比，證明了雖然不同類型的黑洞質(zhì)量差別可達(dá)數(shù)十萬倍以上，但它們在一些特殊行為的表現(xiàn)方面卻非常類似。”
記者了解到，金馳川領(lǐng)銜研究團隊正在對多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)進行深入分析，以期對該黑洞“心跳”信號的性質(zhì)有更多了解，并與銀河系內(nèi)的小質(zhì)量黑洞作對比，從而獲得對黑洞視界附近物理過程的更深刻理解。
