近日，武漢大學(xué)、中科院高能所、國家天文臺等聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通過分析慧眼衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了黑洞雙星中逃離黑洞強(qiáng)引力場向外高速運(yùn)動(dòng)的等離子體流（簡稱，冕），并且首次在黑洞雙星中觀測到冕的速度演化。研究表明，冕趨向黑洞收縮的同時(shí)，也以相對論速度向外運(yùn)動(dòng)，而且冕的尺度越小，速度越大。這一成果今天（15日）在國際學(xué)術(shù)期刊《自然?通訊》發(fā)表，為研究冕在黑洞吸積過程中的運(yùn)動(dòng)提供了重要依據(jù)。
隨著天文學(xué)的發(fā)展，在銀河系中發(fā)現(xiàn)的黑洞X射線雙星系統(tǒng)越來越多。目前普遍認(rèn)為，在黑洞X射線雙星中，伴星物質(zhì)被黑洞引力捕獲，旋轉(zhuǎn)著逐漸向黑洞運(yùn)動(dòng)，形成吸積盤結(jié)構(gòu)，而在吸積盤內(nèi)區(qū)附近又會形成高溫冕。然而，冕在黑洞附近如何運(yùn)動(dòng)一直是致密天體研究中的一個(gè)未解之謎。
2018年3月，距地球大約11300光年處的黑洞X射線雙星MAXIJ1820+070發(fā)生爆發(fā)，而且在相當(dāng)長一段時(shí)間里是天空中最亮的X射線源之一?？蒲袌F(tuán)隊(duì)利用中國首顆空間X射線天文衛(wèi)星慧眼對這個(gè)天體的爆發(fā)進(jìn)行了高頻次的觀測。2020年，通過分析慧眼衛(wèi)星的時(shí)變數(shù)據(jù)，由高能所領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)在這個(gè)黑洞X射線雙星中發(fā)現(xiàn)了迄今為止能量最高的低頻準(zhǔn)周期振蕩信號，提供了從黑洞視界附近向外發(fā)出相對論噴流的觀測證據(jù)。近期，通過分析慧眼衛(wèi)星的能譜數(shù)據(jù)，由武漢大學(xué)天體物理中心領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)X射線輻射強(qiáng)度逐漸減小，亦即冕逐漸衰弱時(shí)，其對吸積盤的照射程度也在減弱。研究團(tuán)隊(duì)指出，從冕中出射的X射線光子對吸積盤的照射強(qiáng)弱，依賴冕的運(yùn)動(dòng)速度以及黑洞的引力場。
冕的動(dòng)力學(xué)演化
冕在黑洞吸積過程中如何運(yùn)動(dòng)尚不明確。對同時(shí)期MAXIJ1820+070的X射線時(shí)變分析顯示，當(dāng)X射線輻射流強(qiáng)逐漸下降時(shí)，冕的幾何尺度趨向黑洞收縮。而越靠近黑洞，引力彎曲效應(yīng)越強(qiáng)，吸積盤相對于冕的張角越大，冕輻射出的X射線光子本應(yīng)有更大比例照射到吸積盤上，增強(qiáng)冕對吸積盤的照射，而這和研究團(tuán)隊(duì)對慧眼觀測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果相反。研究團(tuán)隊(duì)指出，目前這一現(xiàn)象最合理的解釋是：冕在收縮的同時(shí)，冕中的等離子體流正在以相對論速度向外運(yùn)動(dòng)，這為慧眼團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的離黑洞很近的相對論噴流提供了獨(dú)立的觀測證據(jù)和物理解釋。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，冕尺度越小，速度越大，因此冕物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的相對論性集束效應(yīng)抑制了黑洞的引力彎曲效應(yīng)。此研究成果第一次系統(tǒng)地描繪了黑洞X射線雙星在爆發(fā)過程中，等離子體流逃離黑洞引力場的速度演化，對于理解黑洞吸積過程和相對論效應(yīng)具有重要意義。