美国宇航局的x射线天文台揭示黑洞怎样吞下恒星和吐出物质

By Keith Cooper

2022/11/5

Science & Astronomy

一个美国宇航局和意大利联合太空使命已经戴上它的太阳镜来从围绕天鹅座X-1黑洞的一个热气体冕观测偏振的x射线光。

艺术家的天鹅座X-1 x射线双的印象，其特征一个黑洞从伴星剥物质以及物质形成一个热的吸积盘。 (Image credit: NASA/CXC/M. Weiss)

美国宇航局和意大利航天局联合成像x射线偏振仪（IXPE）已经深窥进了围绕一个黑洞的热气体，处在正在帮助教导我们黑洞怎样既吞噬又吐出物质的观测中。

联合成像x射线偏振仪于2021年12月发射来研究宇宙中一些能量最高的天体，包括吸积的黑洞、中子星和脉冲星。它通过观察由这些极端天体发射的x射线的偏振来这样做。偏振是太阳镜工作的原理------它们阻挡除了在一个特定方向中振荡的光以外所有的光，类似的，联合成像x射线偏振仪探测的偏振x射线是主要在一个特定方向中振荡的电磁波。

圣路易斯华盛顿大学的首席研究员亨里克·克劳辛斯基在一份声明中说，偏振“携带着关于x射线怎样被发射的信息”， 克劳辛斯基补充道，关注到黑洞偏振也告诉我们，是否接近黑洞x射线散射掉物质和在什么地方。

联合成像x射线偏振仪观测了天鹅座X-1，这是一个由一个21个太阳质量的黑洞和一个41个太阳质量的伴星组成的x射线双系统，在7200光年之外的天鹅座中。黑洞的引力正在从它的恒星伴星撕裂物质，而这些物质正在形成一股围绕黑洞螺旋的气体流并形成一个“吸积盘”。在气体内的摩擦提升温度到数百万度，热到足以发射x射线。然而，有摩擦、磁和引力都在这个盘内起作用，对天文学家一些那个物质然后跨事件地平线落进黑洞并进入黑洞的胃以及一些那个物质怎样溜进双极外流逃离这个黑洞已经从来完全的不清楚的。

联合成像x射线偏振仪的观测与由美国宇航局的NuSTAR使命的二次x射线观测以及国际空间站上NICER的更好实验结合，揭示在天鹅座X-1中围绕这个黑洞发射x射线的物质的形状和位置。

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他们发现x射线正在一个围绕黑洞2000公里宽的冕区域中被分散掉。一个黑洞的冕被超热等离子体形成并且被怀疑被涉及由射电望远镜看到的带电粒子竞相从天鹅座X-1这样的黑洞离开的射流的产生。由联合成像x射线偏振仪测量到的x射线的偏振提出天鹅座X-1的冕从黑洞平行于吸积盘的平面延伸离开并垂直于这些射流。因此，这个冕要么夹在螺旋的物质内要么实际上形成吸积盘的内部部分。

此外，这个冕和内部吸积盘似乎相对于围绕黑洞的伴星的轨道平面和外部吸积盘的方向是错位的。这种错位可能被产生了这个黑洞造成这个黑洞以与系统成一定角度自旋的超新星造成。这种急剧的自旋以及黑洞挥舞的引力，可能然后已经在圆盘内部引入扭矩，扭曲和翘曲它。

克罗钦斯基说，这些新的洞察将使改进的接近黑洞引力怎样弯曲空间和时间x射线研究成为可能。

研究结果发表在11月3日的《科学》杂志上。