在国际空间站上直击黑洞“吃星星”:黑洞的光冕收缩了
北京时间1月10日凌晨,世界顶级学术期刊、英国《自然》杂志(Nature)的封面论文,即讲述了对一次黑洞吃星星过程的观测研究,在宇宙学上称为“黑洞瞬变”事件。
死亡共舞
黑洞作为一类极端天体,是恒星们的其中一种特殊归宿。随着恒星核聚变的燃料殆尽,质量小一些的内部坍塌成白矮星,质量大一些的则会坍塌成中子星或黑洞。
根据爱因斯坦引力场方程的计算,如果大量物质集中于空间一点,奇点周围会形成时空扭曲的“视界”,一旦进入这个界面,连光子也无法逃逸,故而称为“黑洞”。
黑洞本身虽无光,但大量弥散物质被吸附在黑洞周围转动,形成一个发光的盘状结构。一旦天体进入吸积盘的范围,就开始被黑洞吞噬。
而沿着这个“吸积盘”中轴线的上下两端上,科学家们还发现了神秘的黑洞“光冕”,与太阳的“日冕”相似,是一团致密的超高温等离子体。
《自然》封面论文
正如封面图片所描绘的,黑洞吞噬恒星的过程以“双星共舞”的形式展开。恒星或白矮星围绕着黑洞旋转,物质不断被吸收,释放出巨大的引力波和能量,高速等离子喷流从黑洞中逃逸而出,形成明亮的光柱。
也就是说,黑洞虽然如饕餮般吞食一切,却不能吃得干干净净,总是“打嗝”,给天文学家留下可以研究的线索。
“黑洞”中的水滴声
2018年3月6日,位于智利安第斯山脉托洛洛山顶的两台“全天自动超新星搜索项目”望远镜捕收获了一个编号为ASASSN-18ey的光学信号。5天后,国际空间站上搭载的全天X射线图像监视器(MAXI)捕捉到了一个编号为MAXI J1820+070的X射线源。两相比对后,天文学家们初步确定这两个信号来自同一个正在吞噬天体的黑洞,形成一个黑洞双系统。
值得一提的是,该信号源十分明亮,约在3260光年之外,这已经是目前人类发现的黑洞双系统中距离地球最近的。
消息公开后,世界范围内十数台地面望远镜和空间设备瞄准信号源,接收分析不同频段的数据。其中就包括同样位于国际空间站上的中子星内部组成探测器(NICER)。该载荷针对中子星周围的极端引力、电磁场和核物理学设计,专门探测极端高密度和高压下的奇妙物质状态,因而也适用于黑洞的观测。
为了理解探测器的工作方式,你可以想象一个“漆黑的山洞”中的水滴。你先听到水滴声,再听到水滴声反弹到洞壁上的回声。水滴声和回声间的间隔越长,山洞的大小就越大。
对于黑洞而言,“水滴声”就是从光冕中射出的X射线光子,而“回声”就是光冕与吸积盘内缘相互作用后二次射出的X射线光子。
黑洞“吃星星”后吸积盘和光冕发生的变化探测器由52对X射线收集器组成,可以记录单个X涉嫌光子抵达的时间和能量,时间分辨率达到100纳秒以内,比美国国家航空航天局(NASA)的上一代最精确的X射线计时器快上25倍。
正因如此,这个美、英、荷、日联合团队才能够捕捉到黑洞瞬变过程中X射线光谱的微妙变化:在吃下星星后,黑洞的吸积盘大小保持得相当稳定,光冕的尺寸却收缩了。
这与此前预测的一种“吸积盘截断模型“相左。此前,一些科学家们推测黑洞吃星星时吸积盘旋转速度变快,从而收缩。如今,高精度的X射线探测器描述了不同的图景。不过,为了排除个例的特殊性,这种新的描述模型尚需更多的案例检验。
推荐阅读 相关文章
商务部:五方面做好“两节”保供和消费促进工作
商务部将从加强市场运行监测、加大货源组织协调、做好政府储备调节、强化便民服务保障、组织开展促消费活动等五方面做好节日市场保供和消费促进工作。...
前11个月我国与RCEP其他成员进出口同比增长7.9%
今年1至11月,我国与区域全面经济伙伴关系协定(RCEP)其他成员进出口总额11.8万亿元,同比增长7.9%,占我国外贸进出口总额的30.7...
明年起我国将对1020项商品下调进口税率
12月29日,国务院关税税则委员会发布公告称,为增强国内国际两个市场两种资源联动效应,2023年1月1日起,我国将对1020项商品实施低于最...
如何深化新三板改革 北交所划出五大重点
12月28日晚间,北交所官网发文称,近日召开党委会议,传达学习中央经济工作会议精神及证监会党委关于贯彻落实中央经济工作会议的部署要求,围绕明...