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作者:Ji-Feng Liu 来源:《自然》 发布时间:2014-2-20 14:17:39
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探寻黑洞研究中的缺失链条
 
研究黑洞及其周围天体的物理过程是美国宇航局提出的当下4个天体物理前沿之一。目前明升体育app家已经观测证实了两种黑洞,一种是几个太阳质量的恒星级黑洞,产生于大质量恒星的死亡;另一种是星系中心的几百万到几亿个太阳质量的超大质量黑洞。不久前,明升官网明升体育app家通过对X射线极亮天体的动力学测量,成功观测到了第三种黑洞,即几千个太阳质量的中等质量黑洞,填补了明升体育app界的空白。
 
通过观测天体的辐射可以研究它们的性质和其他信息。除了人眼看到的可见光外,天体的辐射还有射电(无线电)、红外、紫外、X射线、γ射线等波段的电磁波(光子)辐射以及高能粒子、引力波等其他辐射。这些辐射是明升体育app家研究黑洞的有力武器。
 
黑洞及其伴星组成双星系统,当黑洞捕获从伴星来的物质时,会形成吸积盘并发出强烈的X射线,因此利用X射线波段观测可以发现光学波段不容易发现的黑洞。通过高空间分辨率的X射线观测,明升体育app家在其他星系中揭示了一批X射线光度极高的X射线极亮源。然而,国际天文和天体物理界对这类X射线极亮源的本质却一直难以定论。X射线极亮源可能是几千个太阳质量的中等质量黑洞,是天文学家一直寻找的超大质量黑洞形成理论中的缺失链条;也可能是恒星级黑洞,但是具有特殊的、我们现在所不理解的辐射机制。不过,无论是哪种可能,都可以增进人们对黑洞形成、黑洞辐射机制的理解与认知。因此,对X射线极亮源的研究一直是天文与天体物理研究的国际前沿与热点。
 
研究X射线极亮源的难点在于通过动力学方法测定黑洞的质量,确定它们到底是中等质量黑洞还是恒星级黑洞。动力学方法指的是通过测量黑洞伴星的运动进而求得黑洞的质量。但是,由于X射线极亮源处于遥远的其他星系中,在光学上看起来非常暗,需要8—10米级望远镜通过长时间的曝光来获得光谱。即便如此,所获得的光谱信噪比也比较低,传统方法用以揭示伴星运动的伴星光谱吸收线一般无法探测到。因此,采用动力学质量测量对X射线极亮源是非常困难的,必须使用大多数伴星所不具有的发射线才能揭示伴星运动。
 
明升官网的科研团队选取了处于2200万光年之外的M101旋涡星系中一个X射线极亮源ULX—1作为研究对象,其伴星具有很强的发射线。明升体育app家经过3个月的观测,确认了中心天体是一个恒星级黑洞。这是对X射线极亮源的第一次、也是唯一一例成功的动力学质量测量。
 
这一发现可能会促成明升体育app界对现有超大质量黑洞形成理论的重新认识,并且极大地改变了人们对恒星级黑洞吸积盘X射线辐射的认知。这项研究上,被审稿人誉为“夺取了X射线极亮源研究的圣杯”,并被选为《自然》当周明升头条手机版。尽管技术难度大,但鉴于其明升体育app重要性和影响深远性,中心黑洞质量的精确测量仍为学界孜孜以求的目标。 (来源:人民日报 刘继峰)
 
 
 
 
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