偏振X射线揭示黑洞周围极热物质的形状和方向

Science 杂志上,代表了国际成像 X 射线偏振探测仪 (IXPE) 任务对一个质量增加的黑洞的首次观测。 NASA 和意大利航天局之间的合作。 学分:约翰·佩斯” width=”800″ height=”530″>
艺术家对天鹅座 X-1 系统的印象,黑洞出现在中央,其伴星出现在左侧。 天鹅座 X-1 的新测量结果于 11 月 3 日发表在《科学》杂志上,代表了美国宇航局和意大利航天局之间的国际合作成像 X 射线偏振探测仪 (IXPE) 任务对一个大规模吸积黑洞的首次观测机构。 学分:约翰·佩斯

研究人员最近对一个名为天鹅座 X-1 的恒星质量黑洞的观察揭示了黑洞周围区域极热物质配置的新细节。

物质被拉向黑洞时被加热到数百万度。 这种炽热的物质在​​ X 射线中发光。 研究人员正在使用这些 X 射线的偏振测量来测试和改进描述黑洞怎样吞噬物质的模型,从而成为宇宙中一些最明亮的光源——包括 X 射线。

天鹅座 X-1 的新测量结果于 11 月 3 日星期四由《科学》杂志在线发表,代表了成像 X 射线偏振探测仪 (IXPE) 任务中对一个大规模吸积黑洞的首次观察,这是一项国际合作NASA 和意大利航天局 (ASI)。 天鹅座 X-1 是我们银河系中最亮的 X 射线源之一,它由一个 21 个太阳质量的黑洞和一个 41 个太阳质量的伴星组成。

该视频显示了从银河系的远景开始到 IXPE 观测到的源头的变焦序列,即位于仙后座的磁星 4U 0142+61(也称为 PSR 0146+6145),距离银河系约 13,000 光年。地球。 信用:罗伯托酒馆

“以前对黑洞的 X 射线观测只测量了热等离子体向黑洞旋转的 X 射线的到达方向、到达时间和能量,”主要作者、Wayman Crow 艺术与科学物理学教授 Henric Krawczynski 说在圣路易斯华盛顿大学和该大学麦克唐纳空间科学中心的教员。 “IXPE 还测量它们的线性偏振,它携带有关 X 射线怎样发射的信息,以及它们是否以及在何处散射材料 close 到黑洞。”

没有光,甚至是来自 X 射线的光,都不能从黑洞的事件视界内逸出。 IXPE 探测到的 X 射线是由热物质或等离子体在黑洞直径 60 公里的事件视界周围的 2,000 公里直径区域中发射的。

将 IXPE 数据与 2022 年 5 月和 2022 年 6 月美国宇航局 NICER 和 NuSTAR X 射线天文台的同时观测结果相结合,作者可以限制等离子体的几何形状(即形状和位置)。

研究人员发现,在早期的无线电观测中,等离子体垂直于两侧的铅笔形等离子体流出或射流延伸。 X 射线偏振方向和射流的对齐有力地支持了这样的假设,即 X 射线亮区中的过程 close 向黑洞发射喷射流起着至关重要的作用。

观测结果与预测热等离子体日冕的模型相匹配,要么将盘旋向黑洞的物质盘夹在中间,要么取代该盘的内部。 新的偏振数据排除了黑洞日冕是沿着射流轴的狭窄等离子体柱或锥体的模型。

科学家们指出,更好地了解黑洞周围等离子体的几何形状可以揭示黑洞的内部运作以及它们怎样增加质量。

“这些新见解将有助于改进关于重力怎样弯曲空间和时间的 X 射线研究 close 到黑洞,”Krawczynski 说。

捷克科学院天文研究所的共同作者 Michal Dovčiak 解释说,与 Cygnus X-1 黑洞特别相关,“IXPE 观测表明,吸积流比以前认为的更加边缘化。”

“这可能是黑洞赤道平面和双星轨道平面未对准的标志,”或黑洞及其伴星的配对组合,来自图尔库大学的合著者亚历山德拉韦莱迪纳澄清道. “当黑洞前身星爆炸时,系统可能已经获得了这种错位。”

“IXPE 任务使用美国宇航局马歇尔太空飞行中心制造的 X 射线镜和由 ASI、国家天体物理研究所 (INAF) 和国家核物理研究所合作提供的焦平面仪器,”合著者法比奥·穆勒里说的 INAF-IAPS。 “除了天鹅座 X-1,IXPE 还被用于研究范围广泛的极端 X 射线源,包括质量吸积的中子星、脉冲星和脉冲风星云、超新星遗迹、我们的银河中心和活跃的银河核。我们发现有很多惊喜,我们玩得很开心。”

同一期《科学》杂志上的第二篇论文由帕多瓦大学的 Roberto Taverna 领导,描述了 IXPE 检测来自磁星 4U 0142+61 的高极化 X 射线。

“我们很高兴能成为这一新的天体物理学科学发现浪潮的一部分,”Krawczynski 说。