黑洞視界附近物質(zhì)分布想象圖，以及XMM-牛頓衛(wèi)星在2007年和2018年分別觀測(cè)到的X射線準(zhǔn)周期震蕩（“心跳”）信號(hào)。（中科院國(guó)家天文臺(tái) 供圖）
中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)12日發(fā)布消息說，天文學(xué)家2007年首次發(fā)現(xiàn)被形象稱為“黑洞的心跳”——來自一個(gè)超大質(zhì)量黑洞的X射線準(zhǔn)周期震蕩信號(hào)，時(shí)隔十幾年之后，當(dāng)天文學(xué)家再次有機(jī)會(huì)觀測(cè)這個(gè)黑洞時(shí)，發(fā)現(xiàn)這個(gè)“黑洞的心跳”信號(hào)仍在持續(xù)并更強(qiáng)。
這項(xiàng)重要天學(xué)研究工作由中科院國(guó)家天文臺(tái)高能天體物理團(tuán)組金馳川研究員主導(dǎo)，合作者包括英國(guó)杜倫大學(xué)克里斯·多恩(Chris Done)教授和馬丁·伍德(Martin Ward)教授，研究成果論文近日在《英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)月刊》發(fā)表。
中科院國(guó)家天文臺(tái)介紹，該特殊“心跳”黑洞是一個(gè)距離地球6億光年、200萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞，其編號(hào)為RE J1034+396。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(gè)黑洞的X射線輻射具有1小時(shí)左右的周期性震蕩信號(hào)。2011年以后，由于該黑洞的視線方向離太陽(yáng)太近，對(duì)其“心跳”信號(hào)的監(jiān)測(cè)也即停止。
直到2018年，科學(xué)家們?cè)俅斡袡C(jī)會(huì)對(duì)這個(gè)黑洞開展觀測(cè)。由金馳川領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)向歐空局和美國(guó)宇航局申請(qǐng)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(duì)RE J1034+396開展聯(lián)合觀測(cè)，并于2018年10月順利完成所有觀測(cè)任務(wù)。研究團(tuán)隊(duì)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(hào)仍然存在，并且比10年前更強(qiáng)。這也是目前觀測(cè)到的超大質(zhì)量黑洞“心跳”信號(hào)的最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間。
作為成果論文第一作者兼通訊作者，金馳川表示，“這個(gè)‘心跳’信號(hào)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(hào)可以長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，并為我們提供了深入研究其物理機(jī)制和起源的重要線索和絕佳機(jī)會(huì)。RE J1034+396也可以成為中國(guó)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(cè)目標(biāo)之一”。
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(hào)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(gè)位于銀河系內(nèi)部的小質(zhì)量黑洞的對(duì)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(wàn)倍以上，但它們?cè)谝恍┨厥庑袨榈谋憩F(xiàn)方面卻非常類似”。
目前，金馳川領(lǐng)銜研究團(tuán)隊(duì)正對(duì)多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，以期對(duì)該黑洞“心跳”信號(hào)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(duì)比，從而獲得對(duì)黑洞視界附近物理過程的更深刻理解。
據(jù)了解，宇宙中存在大量的具有百萬(wàn)至上億個(gè)太陽(yáng)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(hào)卻極少被發(fā)現(xiàn)，這種信號(hào)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(gè)能夠產(chǎn)生類似“心跳”信號(hào)的黑洞，是位于銀河系旋臂內(nèi)編號(hào)為GRS 1915+105的小黑洞，其質(zhì)量?jī)H為12倍太陽(yáng)，正快速?gòu)呐赃呉活w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(hào)。通過簡(jiǎn)單的質(zhì)量對(duì)比，天文學(xué)家估算出RE J1034+396的理論“心率”，發(fā)現(xiàn)和實(shí)測(cè)“心率”很一致。(記者 孫自法)
