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科学家测量"心跳黑洞" 结果挑战现有理论
科学家测量"心跳黑洞" 结果挑战现有理论科学家测量"心跳黑洞" 结果挑战现有理论
被命名为IGR J17091-3624的黑洞因为会发出剧烈和有节奏的明亮X射线脉冲而被昵称为“心跳黑洞”（heartbeat black hole）。天文学家最近对该黑洞的测量结果挑战了他们对黑洞附近物质变化的认知。
美国国家航空航天局（NASA）指出，借由该局的X射线偏振成像探测器（Imaging X-ray Polarimetry Explorer, IXPE），天文学家可以研究入射的X射线并测量偏振（polarization）。所谓偏振是光的一种特性，用于描述其电场的方向。
而偏振度是衡量这些振动对齐程度的指标。科学家可以利用黑洞的偏振度来确定冕区（corona）——黑洞四周的极热磁化电浆（又称等离子体）区域——的位置，以及它如何产生X射线。
今年4月，一个国际天文学家团队利用IXPE测量了黑洞IGR J17091-3624的偏振度。其偏振度高达9.1%，远高于他们基于理论模型的预期。
主导这项研究的英国纽卡斯尔大学（Newcastle University）博士研究生尤英（Melissa Ewing）说：“黑洞IGR J17091-3624是一个非比寻常的光源，它的亮度变化如同心跳般剧烈，NASA的IXPE让我们能够以全新的方式测量这个独特的光源。”
在X射线双星系统中，像黑洞这样密度极高的天体会从附近的来源（通常是邻近的恒星）吸收物质。这些物质会开始旋转，最后扁平化成一个旋转的结构，称为吸积盘。
冕区位于此吸积盘的内侧区域，温度可高达华氏18亿度（约摄氏10亿度），并辐射出极亮的X射线。这些极热的冕区是天空中最亮的X射线来源之一。
尽管IGR J17091-3624中的冕区非常明亮，但它距离地球约2.8万光年，对于天文学家来说，它仍然太小、太遥远，难以捕捉它的影像。
IGR J17091-3624如此高的偏振度表明其冕区几乎是从侧面观察到的，其结构看起来高度有序。然而，对IGR J17091-3624的其它观测结果似乎与此不符，这让天文学家感到不解。
天文学家尝试以两种不同的模型来解释他们对IGR J17091-3624的观测结果。其中一种模型认为，强大的风从吸积盘中喷出，即便不是从侧面的角度，也能将X射线散射成偏振度更高的状态。
另一种模型主张，该黑洞的冕区本身正以极快的速度向外移动，产生相对论的效应，增强了偏振度。
这两种模型的模拟都重现了IXPE的结果，但每种模型都挑战了长期以来有关黑洞环境的假设，颠覆了天文学家的认知。
这项研究的报告撰写人之一、日本爱媛大学的研究员帕拉（Maxime Parra）表示，这些风是了解所有类型黑洞的成长过程最关键的缺失环节之一。
帕拉说：“天文学家可以期待未来的观测能够取得更令人惊讶的偏振度测量结果。”
示意图，图为黑洞四周的冕区发出明亮的X射线。(NASA/Caltech-IPAC/Robert Hurt)
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美国国家航空航天局（NASA）指出，借由该局的X射线偏振成像探测器（Imaging X-ray Polarimetry Explorer, IXPE），天文学家可以研究入射的X射线并测量偏振（polarization）。所谓偏振是光的一种特性，用于描述其电场的方向。
而偏振度是衡量这些振动对齐程度的指标。科学家可以利用黑洞的偏振度来确定冕区（corona）——黑洞四周的极热磁化电浆（又称等离子体）区域——的位置，以及它如何产生X射线。
今年4月，一个国际天文学家团队利用IXPE测量了黑洞IGR J17091-3624的偏振度。其偏振度高达9.1%，远高于他们基于理论模型的预期。
主导这项研究的英国纽卡斯尔大学（Newcastle University）博士研究生尤英（Melissa Ewing）说：“黑洞IGR J17091-3624是一个非比寻常的光源，它的亮度变化如同心跳般剧烈，NASA的IXPE让我们能够以全新的方式测量这个独特的光源。”
在X射线双星系统中，像黑洞这样密度极高的天体会从附近的来源（通常是邻近的恒星）吸收物质。这些物质会开始旋转，最后扁平化成一个旋转的结构，称为吸积盘。
冕区位于此吸积盘的内侧区域，温度可高达华氏18亿度（约摄氏10亿度），并辐射出极亮的X射线。这些极热的冕区是天空中最亮的X射线来源之一。
尽管IGR J17091-3624中的冕区非常明亮，但它距离地球约2.8万光年，对于天文学家来说，它仍然太小、太遥远，难以捕捉它的影像。
IGR J17091-3624如此高的偏振度表明其冕区几乎是从侧面观察到的，其结构看起来高度有序。然而，对IGR J17091-3624的其它观测结果似乎与此不符，这让天文学家感到不解。
天文学家尝试以两种不同的模型来解释他们对IGR J17091-3624的观测结果。其中一种模型认为，强大的风从吸积盘中喷出，即便不是从侧面的角度，也能将X射线散射成偏振度更高的状态。
另一种模型主张，该黑洞的冕区本身正以极快的速度向外移动，产生相对论的效应，增强了偏振度。
这两种模型的模拟都重现了IXPE的结果，但每种模型都挑战了长期以来有关黑洞环境的假设，颠覆了天文学家的认知。
这项研究的报告撰写人之一、日本爱媛大学的研究员帕拉（Maxime Parra）表示，这些风是了解所有类型黑洞的成长过程最关键的缺失环节之一。
帕拉说：“天文学家可以期待未来的观测能够取得更令人惊讶的偏振度测量结果。”
示意图，图为黑洞四周的冕区发出明亮的X射线。(NASA/Caltech-IPAC/Robert Hurt)
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