第一批X射线成像和光谱学使命X射线太空望远镜的结果揭示黑洞和超新星秘密

(2024-09-21 09:51:16)

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published 5 hours ago

“这些新的观测在理解黑洞如何生长中提供关键信息” 。

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被一个吃食的超大质量黑洞提供动力的星系的中心活动区的描画。(Image credit: JAXA)

在日本的X射线成像和光谱学使命发射到太空不到一年后，这台太空望远镜的首批结果正在进来——而它们正在令人震惊。

也被称为XRISM的X射线望远镜被日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）操作，有来自欧洲航天局（ESA）的参与。它的首次观测捕捉到了围绕超大质量黑洞涡旋的物质的结构、运动和温度，以及发信号一颗大质量恒星死亡的超新星残骸的动力学。

欧空局X射线成像和光谱学使命项目科学家乖纳兹（Matteo Guainazzi）在一份声明中说，“这些新的观测在理解黑洞如何通过捕获周围物质生长中提供关键信息，并提供一个大质量恒星的生死的新探究，它们展示该使命在探索高能宇宙中的卓越能力” 。

围绕观测到的超大质量黑洞的区域位于星系NGC 4151中，约距离地球6200万光年远，有某些与观测到的叫N132D超新星的残骸共同的东西，超新星N132D距离地球约16万光年远。

它们都被叫“等离子体”的超热气体统治。

等离子体产生高能X射线，X射线成像和光谱学使命是来观测这种光的完美仪器。因此，天文学家已经获得了宇宙的最剧烈、最动荡、最强大的区域的新洞察。

从超大质量开始

X射线成像和光谱学使命研究在螺旋星系NGC 4151中心的超大质量黑洞来了解有一个比太阳更大3000万倍质量的宇宙巨人如何消耗物质。更特别的，航天器揭示了非常接近这个超大质量黑洞的物质的细节。

一张显示由日本宇宙航空研究开发机构的X射线成像和光谱学使命X射线望远镜收集的数据的图表，揭示着落入星系NGC 4151中超大质量黑洞的物质在一个从0.001至0.1光年宽半径上的分布。(Image credit: JAXA)

X射线成像和光谱学使命允许天文学家随等离子体在一个约0.1光年远环绕超大质量黑洞来追踪它。这种物质在落入黑洞之前逐渐的向内移动到一个大约0.001光年的距离（大约是太阳和天王星之间的距离）。

该团队特别关注铁原子的X射线签名，能够来确定围绕黑洞的几种结构，包括逐渐喂它的吸积盘和一个更遥远的甜甜圈形状的气体和尘埃“圆环”。其他仪器之前以无线电波和红外光已经观察过这些结构，但由X射线成像和光谱学使命用的技术是第一个能够确定围绕一个超大质量黑洞等离子体被如何形成和它如何移动的技术。

这些数据可以重大的帮助科学家了解超大质量黑洞如何通过贪婪消耗来自它们周围物质进食和生长的。

超新星地位

超新星残骸N132D比NGC 4151的超大质量黑洞远更接近地球。它位于银河系的邻居矮星系——大麦哲伦星云中。然而，这并不意味着该空间区域的X射线成像和光谱学使命观测是更不令人印象深刻或重要的。

这个星际等离子体的“气泡” 被先于其中X射线成像和光谱学使命看到它的时间大约3000年从一个大质量恒星甩出（不要忘记来自这个空间区域的光已经用了16万年来到达我们）。

以前，科学家们已经假定了超新星的残骸会甚至以一个相对简单的球形等离子体壳的形式均匀的向外扩张出去。用它的分辨仪器拍摄的N132D的X射线成像和光谱学使命观测似乎与这个矛盾，这些遗骸更像一个甜甜圈一样形成。

这个图像显示日本宇宙航空研究开发机构的X射线成像和光谱学使命 X射线望远镜超新星遗迹N132D的观测。 (Image credit: JAXA)

该团队还能够用X射线成像和光谱学使命数据来确定这种物质正在以每小时约260万英里的速度向外推。这大约是洛克希德·马丁公司F-16喷气式战斗机最高速度的2000倍。

这并不是关于这个超新星遗迹的唯一极端的东西。该团队能够确定它有一个为180亿华氏度（100亿摄氏度）的温度。相比之下，太阳的中心温度仅为2700万华氏度（1500万摄氏度）。

这样的观测可以帮助科学家更好了解当这些恒星爆炸时在大质量恒星中心锻造的元素如何被在宇宙中分布。因为这些元素随后被整合进下一代恒星中，这是恒星生命和死亡循环的一个重要部分。