美探测器于银河系核心发现未知质量黑洞

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美探测器于银河系核心发现未知质量黑洞

一个双星系统中黑洞吸取其伴星物质的示意图

北京时间10月23日消息，据美国宇航局网站报道，该局所属的“雨燕”探测器近期在银河系核心附近天区探测到一个强烈的高能X射线源。这一爆发是由一个罕见的X射线新星引发的，这说明该区域存在一个此前未知的恒星质量黑洞。

雨燕项目首席科学家，美国宇航局戈达德空间飞行中心的尼尔·格瑞里(Neil Gehrels)说：“明亮的X射线新星案例是极为罕见的，在一颗探测器的整个工作周期内也不一定能碰到。而这次是雨燕探测器首次发现此类目标。这真的是我们长期以来一直在寻找的东西。”

所谓X射线新星是一种短寿命的X射线源，它突然出现，迅速达到辐射强度峰值并在随后的几个月内逐渐衰退。这种爆发是由于大量气体突然爆发性地涌向宇宙中的致密天体，比如中子星或黑洞时引发的。这一X射线源的明亮信号在9月16日的清晨两次触发了雨燕探测器上的“爆发警报望远镜”设备，并在第二天再次触发了警报。

这一目标目前被编号为“雨燕J1745-26”，这一命名是根据该天体目标所在的天区赤经赤纬数据编排的，该天体位于靠近银河系中心的位置，属于人马座。尽管目前天文学家们尚不清楚该天体的具体距离数据，但是他们给出的初步估算认为该天体位于距离地球约2万~3万光年的银河系核心位置。地基望远镜可以在红外和射电波段进行观测，但是大量巨厚的宇宙尘埃气体云限制了天文学家们对该目标开展可见光波段观测的行动。

9月18日，此次爆发的能量峰值出现在硬X射线波段，能级超过1万电子伏特，这相当于可见光波段的数千倍，此时其爆发强度已经和著名的蟹状星云相接近。蟹状星云常常会被用来作为高能天文观测的校准目标，并且一般都被认为是太阳系之外在这一波段最明亮的辐射源之一。

根据雨燕探测器的数据，尽管随着在更高能级上的强度逐渐减弱，但这颗新星在更低一些的能级上，即软X射线波段上仍然显得非常明亮，这是X射线新星的典型特征。截止上周三，“雨燕J1745-26”在软X射线波段的亮度仍然比它被最初发现时高出30倍以上，并且仍在持续增亮。

鲍瑞斯·斯巴鲁法提(Boris Sbarufatti)是一位来自意大利米兰的布雷拉天文台(Brera Observatory)的天体物理学家，他目前正在美国宾夕法尼亚州立大学和其它雨燕项目科学家一同工作。他说：“我们所观察到的现象符合中央是一个黑洞的X射线新星类型特征。”

这个黑洞必须是一个低质量X射线双星系统(LMXB)的一部分，其中包括一个正常的类太阳恒星。来自这颗正常恒星的物质流会逐渐被黑洞吸引过去，在其吸积盘上慢慢积聚。在大多数低质量X射线双星系统中，这些吸积盘中的气体会盘旋下落，并在下落过程中逐渐加热升温，并因此产生稳定的X射线辐射。

但在某些特定情形下，黑洞吸积盘的稳定取决于源自正常伴星的物质流供应。有些时候黑洞的吸积盘会无法维持一个稳定的下降物质流，于是这些物质就开始在两个极端情形之间跳转——要么物质在吸积盘的外侧边缘聚集，就像河水被大坝阻挡一样，此时吸积盘的温度更低，电离程度更低；或者反过来，都聚集在吸积盘的内侧，大量物质涌向黑洞，此时温度更高，电离程度也更高。

约翰·卡尼兹奥(John Cannizzo)是一位来自宇航局戈达德空间飞行中心的天体物理学家，他说：“每一次这样的爆发都会清理出一部分堆积在吸积盘上的物质，而随着这样的过程继续进行，已经没有物质继续落向黑洞，于是这一系统也就不再成为一个明亮的X射线辐射源。”他说：“数十年后，随着足够多的物质再次开始堆积在黑洞吸积盘区域，这一系统将再次转入高温活跃状态，并将大量气体送入黑洞，从而成为一个新的X射线辐射源。”

这一现象帮助天文学家们解释很多天体系统中存在的间歇性爆发现象，如围绕年轻恒星的原行星吸积盘，以及中央天体是一颗白矮星的矮新星等等，甚至这一理论还可以被应用于位于遥远星系核心的超大质量黑洞的情形。

雨燕探测器于2004年11月发射升空，由美国宇航局戈达德空间飞行中心负责管理工作。其日常运行工作由宾夕法尼亚州立大学，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室，以及美国轨道科学公司共同运行，除此之外，该项目还拥有一些国际合作伙伴，包括英国，意大利，德国和日本。