據(jù)外媒報(bào)道， 天文學(xué)家在一個(gè)帶有伴星的黑洞周圍發(fā)現(xiàn)了一組不尋常的X射線環(huán)。 這些環(huán)是由光的“回波”產(chǎn)生的，這種現(xiàn)象類似于地球上聲波在堅(jiān)硬表面上反彈的回聲。這些光環(huán)提供了關(guān)于黑洞、其伴星和中間的塵埃云的信息。

這張圖片展示了一組圍繞著黑洞的壯觀的光環(huán)，是利用美國(guó)宇航局的錢(qián)德拉X射線天文臺(tái)和尼爾·蓋爾斯·斯威夫特天文臺(tái)拍攝的。巨環(huán)的X射線圖像揭示了位于我們星系中的塵埃的信息。

這個(gè)黑洞是一個(gè)名為V404 Cygni的雙星系統(tǒng)的一部分，位于離地球約7800光年的地方。這個(gè)黑洞正在積極地將物質(zhì)從一顆質(zhì)量約為太陽(yáng)一半的伴星上“拉走”，拉到這個(gè)看不見(jiàn)的物體周圍的一個(gè)圓盤(pán)中。這種物質(zhì)在X射線下發(fā)光，因此天文學(xué)家將這些系統(tǒng)稱為"X射線雙星"。

2015年6月5日，天文學(xué)家借助尼爾·蓋爾斯·斯威夫特天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)了來(lái)自V404 Cygni的X射線爆發(fā)。這個(gè)爆發(fā)產(chǎn)生的高能環(huán)來(lái)自于一種被稱為“光回波”的現(xiàn)象。與聲波在峽谷壁上反彈不同，V404 Cygni周圍的“光回波”是由來(lái)自黑洞系統(tǒng)的X射線爆發(fā)在V404 Cygni和地球之間的塵埃云上反彈產(chǎn)生的。

在這張合成圖像中，來(lái)自錢(qián)德拉的X射線(淺藍(lán)色)與來(lái)自夏威夷Pan-STARRS望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合，顯示了視野中的星星。該圖像包含八個(gè)獨(dú)立的同心環(huán)。每個(gè)環(huán)都是由2015年觀察到的V404 Cygni耀斑的X射線產(chǎn)生的，這些射線在不同的塵埃云中反射。(一個(gè)藝術(shù)家的插圖解釋了錢(qián)德拉和尼爾·蓋爾斯·斯威夫特天文臺(tái)看到的環(huán)是如何產(chǎn)生的。為了簡(jiǎn)化圖形，圖中只顯示了四個(gè)環(huán)而不是八個(gè)環(huán))。)

由麥迪遜威斯康星大學(xué)的Sebastian Heinz領(lǐng)導(dǎo)的研究小組分析了2015年6月30日至8月25日期間對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行的50次斯威夫特觀測(cè)，以及2015年7月11日和25日的錢(qián)德拉觀測(cè)。這是一個(gè)如此明亮的事件，錢(qián)德拉的操作者特意將V404 Cygni放在探測(cè)器之間，以便另一個(gè)明亮的爆發(fā)不會(huì)損壞儀器。

這些星環(huán)不僅告訴天文學(xué)家關(guān)于黑洞的行為，也告訴他們關(guān)于V404 Cygni和地球之間的景觀。例如，X射線中環(huán)的直徑揭示了光彈射到中間的塵埃云的距離。如果云層離地球更近，環(huán)就會(huì)顯得更大，反之亦然。由于X射線爆發(fā)只持續(xù)了相對(duì)較短的時(shí)間，所以光的回波顯示為窄環(huán)，而不是寬環(huán)或光環(huán)。

研究人員還利用這些環(huán)來(lái)探測(cè)塵埃云本身的特性。他們將X射線光譜--即X射線在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的亮度--與具有不同成分的塵埃的計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行了比較。不同成分的塵埃將導(dǎo)致不同數(shù)量的低能量X射線被吸收，從而無(wú)法被錢(qián)德拉探測(cè)到。這提供了關(guān)于其結(jié)構(gòu)和組成的信息。

研究小組確定，這些塵埃云最有可能包含石墨和硅酸鹽顆粒的混合物。此外，通過(guò)用錢(qián)德拉分析內(nèi)環(huán)，他們發(fā)現(xiàn)塵埃云的密度在各個(gè)方向上并不均勻。以前的研究假設(shè)它們不是這樣的。

一篇描述V404 Cygni結(jié)果的論文發(fā)表在2016年7月1日的《天體物理學(xué)雜志》上(預(yù)印本)。這項(xiàng)研究的作者是Sebastian Heinz、Lia Corrales(密歇根大學(xué));Randall Smith(哈佛-史密森天體物理學(xué)中心);Niel Brandt(賓夕法尼亞州立大學(xué));Peter Jonker(荷蘭空間研究所);Richard Plotkin(內(nèi)華達(dá)大學(xué)雷諾分校);和Joey Neilson(維拉諾瓦大學(xué))。

這一結(jié)果與X射線雙星Circinus X-1的類似發(fā)現(xiàn)有關(guān)，該雙星包含一顆中子星而不是黑洞，發(fā)表在2015年6月20日的《天體物理學(xué)雜志》上的一篇論文中。從一個(gè)巨大的X射線光回波看圓規(guī)X-1的運(yùn)動(dòng)學(xué)距離"(預(yù)印本)。這項(xiàng)研究也是由Sebastian Heinz領(lǐng)導(dǎo)的。

每年都有多篇論文發(fā)表，報(bào)告對(duì)2015年引起這些環(huán)的V404 Cygni爆發(fā)的研究。之前的爆發(fā)是在1938年、1956年和1989年記錄的，所以天文學(xué)家可能還有很多年時(shí)間繼續(xù)分析2015年的爆發(fā)。

關(guān)鍵詞： 天文學(xué) 黑洞 光環(huán) X射線環(huán)