美探測器于銀河系核心發現未知質量黑洞

一個雙星系統中黑洞吸取其伴星物質的示意圖

　　北京時間10月23日消息，據美國宇航局網站報道，該局所屬的“雨燕”探測器近期在銀河系核心附近天區探測到一個強烈的高能X射線源。這一爆發是由一個罕見的X射線新星引發的，這說明該區域存在一個此前未知的恒星質量黑洞。

　　雨燕項目首席科學家，美國宇航局戈達德空間飛行中心的尼爾·格瑞里(Neil Gehrels)說：“明亮的X射線新星案例是極為罕見的，在一顆探測器的整個工作周期內也不一定能碰到。而這次是雨燕探測器首次發現此類目標。這真的是我們長期以來一直在尋找的東西。”

　　所謂X射線新星是一種短壽命的X射線源，它突然出現，迅速達到輻射強度峰值并在隨后的幾個月內逐漸衰退。這種爆發是由于大量氣體突然爆發性地涌向宇宙中的致密天體，比如中子星或黑洞時引發的。這一X射線源的明亮信號在9月16日的清晨兩次觸發了雨燕探測器上的“爆發警報望遠鏡”設備，并在第二天再次觸發了警報。

　　這一目標目前被編號為“雨燕J1745-26”，這一命名是根據該天體目標所在的天區赤經赤緯數據編排的，該天體位于靠近銀河系中心的位置，屬于人馬座。盡管目前天文學家們尚不清楚該天體的具體距離數據，但是他們給出的初步估算認為該天體位于距離地球約2萬~3萬光年的銀河系核心位置。地基望遠鏡可以在紅外和射電波段進行觀測，但是大量巨厚的宇宙塵埃氣體云限制了天文學家們對該目標開展可見光波段觀測的行動。

　　9月18日，此次爆發的能量峰值出現在硬X射線波段，能級超過1萬電子伏特，這相當于可見光波段的數千倍，此時其爆發強度已經和著名的蟹狀星云相接近。蟹狀星云常常會被用來作為高能天文觀測的校準目標，并且一般都被認為是太陽系之外在這一波段最明亮的輻射源之一。

　　根據雨燕探測器的數據，盡管隨著在更高能級上的強度逐漸減弱，但這顆新星在更低一些的能級上，即軟X射線波段上仍然顯得非常明亮，這是X射線新星的典型特征。截止上周三，“雨燕J1745-26”在軟X射線波段的亮度仍然比它被最初發現時高出30倍以上，并且仍在持續增亮。

　　鮑瑞斯·斯巴魯法提(Boris Sbarufatti)是一位來自意大利米蘭的布雷拉天文臺(Brera Observatory)的天體物理學家，他目前正在美國賓夕法尼亞州立大學和其它雨燕項目科學家一同工作。他說：“我們所觀察到的現象符合中央是一個黑洞的X射線新星類型特征。”

　　這個黑洞必須是一個低質量X射線雙星系統(LMXB)的一部分，其中包括一個正常的類太陽恒星。來自這顆正常恒星的物質流會逐漸被黑洞吸引過去，在其吸積盤上慢慢積聚。在大多數低質量X射線雙星系統中，這些吸積盤中的氣體會盤旋下落，并在下落過程中逐漸加熱升溫，并因此產生穩定的X射線輻射。

　　但在某些特定情形下，黑洞吸積盤的穩定取決于源自正常伴星的物質流供應。有些時候黑洞的吸積盤會無法維持一個穩定的下降物質流，于是這些物質就開始在兩個極端情形之間跳轉——要么物質在吸積盤的外側邊緣聚集，就像河水被大壩阻擋一樣，此時吸積盤的溫度更低，電離程度更低；或者反過來，都聚集在吸積盤的內側，大量物質涌向黑洞，此時溫度更高，電離程度也更高。

　　約翰·卡尼茲奧(John Cannizzo)是一位來自宇航局戈達德空間飛行中心的天體物理學家，他說：“每一次這樣的爆發都會清理出一部分堆積在吸積盤上的物質，而隨著這樣的過程繼續進行，已經沒有物質繼續落向黑洞，于是這一系統也就不再成為一個明亮的X射線輻射源。”他說：“數十年后，隨著足夠多的物質再次開始堆積在黑洞吸積盤區域，這一系統將再次轉入高溫活躍狀態，并將大量氣體送入黑洞，從而成為一個新的X射線輻射源。”

　　這一現象幫助天文學家們解釋很多天體系統中存在的間歇性爆發現象，如圍繞年輕恒星的原行星吸積盤，以及中央天體是一顆白矮星的矮新星等等，甚至這一理論還可以被應用于位于遙遠星系核心的超大質量黑洞的情形。