國科學院高能物理研究所：中國“慧眼”又有新發現

22日，記者從中國科學院高能物理研究所(以下簡稱中科院高能所)獲悉，來自該所等國內外單位的研究人員利用慧眼衛星在高于200千電子伏特(keV)的能段發現了黑洞雙星系統的低頻準周期振蕩，這是迄今為止發現的能量最高的低頻準周期振蕩現象。研究表明，該振蕩起源于黑洞視界附近噴流的進動。相關成果在線發表于《自然 天文學》上。

發現于上世紀80年代的低頻準周期振蕩，是一種在X射線雙星中普遍存在的時變現象，表現為光變曲線上出現類似周期性但是并非精確周期性的調制信號。“30多年來，低頻準周期振蕩的起源一直是致密天體研究的一個待解難題。”論文第一作者、中科院高能所馬想博士說。

目前，解釋低頻準周期振蕩現象最流行的模型有兩類。一類模型認為，物質在旋轉落向黑洞的過程中形成吸積盤，這個吸積盤的不穩定性會導致X射線輻射產生振蕩;另一類模型認為，靠近黑洞的冕狀X射線輻射區的進動或振蕩導致X射線輻射產生準周期調制信號。

“在慧眼衛星之前，X射線衛星只具有研究30 keV以下能區的低頻準周期振蕩的能力，很難區分這些模型。”論文共同通訊作者、中科院高能所陶煉博士說。慧眼衛星的有效能段為1 keV -250 keV，并且在30 keV以上具有最大的有效面積，科學家們期待慧眼衛星在一些黑洞中探測到30 keV以上的低頻準周期振蕩現象，從而對相關理論模型進行更加嚴格的檢驗。

2018年3月11日，黑洞X射線雙星MAXI J1820+070爆發，在相當長一段時間里成為天空中最亮的X射線源之一。慧眼衛星快速反應，對這一重要天體過程進行了長達幾個月的高頻次定點觀測，積累了海量的觀測數據。

基于這些觀測數據，研究團隊發現MAXI J1820+070在很寬的能段范圍內都存在低頻準周期振蕩現象，最高能量超過200 keV，比慧眼衛星之前觀測到的低頻準周期振蕩能量上限幾乎提高了一個數量級，這說明該低頻準周期振蕩并不來自吸積盤的熱輻射區域。進一步研究表明，低頻準周期振蕩的頻率和變化幅度都不隨能量改變，且能量較低的低頻準周期振蕩晚于能量較高的低頻準周期振蕩產生，這些都和已有的流行模型嚴重沖突。

“因此，我們提出該低頻準周期振蕩應該產生于黑洞視界附近噴流的進動，很可能是黑洞自轉產生的廣義相對論的參考系拖曳效應產生的。”論文共同通訊作者、中科院高能所研究員張雙南說。

所謂噴流是指運動速度接近光速的高速物質流，是黑洞系統的一種主要觀測特征，也是黑洞系統在吞噬周圍物質的過程中對周圍環境產生顯著反饋影響的一種主要手段。但是這些噴流距離黑洞非常遠，因此并不清楚這些噴流到底起源于距離黑洞多遠的位置，以及是如何從黑洞的強引力場中逃出并且被加速到接近光速的。

對此，張雙南表示，慧眼衛星的觀測第一次將噴流的源頭定位到距離黑洞上百公里的區域，這是迄今為止觀測到的距離黑洞最近的相對論噴流，對于研究黑洞附近的廣義相對論效應、物質動力學過程和輻射機制等具有重大意義。(記者 陸成寬)