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新闻天文学家在黑洞周围发现了不寻常的巨大环

天文学家在黑洞周围发现了不寻常的巨大环

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V404 天鹅座

V404 天鹅座环(来源:X 射线:NASA/CXC/U.Wisc-Madison/S. Heinz 等人;光学/红外:Pan-STARRS)

  • 天文学家在一个周围的 X 射线中发现了一组不寻常的环 黑洞 与一颗伴星。
  • 这些环是由光回声产生的,这种现象类似于地球上声波从坚硬表面反弹的回声。
  • 美国航空航天局的钱德拉 X 射线天文台和 Neil Gehrels Swift 天文台被用来探测从尘埃云中弹跳的 X 射线。
  • 这些环提供了有关黑洞、它的伴星和介入的尘埃云的信息。

这张图片展示了一组壮观的黑洞环,由美国宇航局的钱德拉 X 射线天文台和 Neil Gehrels Swift 天文台拍摄。 巨环的 X 射线图像揭示了有关我们银河系中尘埃的信息,其原理与在医生办公室和机场进行的 X 射线相似。

这个黑洞是天鹅座V404双星系统的一部分,距离地球约7,800光年。 黑洞正在积极地将物质从一颗伴星——大约是太阳质量的一半——拉到一个围绕不可见物体的圆盘中。 这种材料在 X 射线中发光,因此天文学家将这些系统称为“X 射线双星”。

5 年 2015 月 404 日,斯威夫特发现天鹅座 V404 发出的 X 射线爆发。 爆发从一种称为光回声的现象中产生了高能环。 当来自黑洞系统的 X 射线爆发从天鹅座 V404 和地球之间的尘埃云反弹时,会在天鹅座 VXNUMX 周围产生光回声,而不是声波从峡谷壁反弹。 宇宙尘埃与家庭尘埃不同,更像是烟雾,由微小的固体颗粒组成。

在这张合成图像中,来自钱德拉(浅蓝色)的 X 射线与来自夏威夷 Pan-STARRS 望远镜的光学数据相结合,显示了视野中的恒星。 该图像包含八个独立的同心环。 每个环都是由 404 年观测到的天鹅座 V2015 耀斑的 X 射线产生的,这些耀斑反射不同的尘埃云。 (一位艺术家的插图解释了钱德拉和斯威夫特看到的戒指是如何制作的。为了简化图形,插图只显示了四个戒指而不是八个。)

V404 Cygni 环标记

V404 Cygni 中的黑洞正在积极地将物质从一颗伴星——大约是太阳质量的一半——拉到一个围绕不可见物体的圆盘中。 2015 年检测到的来自黑洞的 X 射线爆发从一种称为光回波的现象中产生了高能环,在这种现象中,光线从系统和地球之间的尘埃云中反射回来。 在这些图像中,显示了来自钱德拉的 X 射线,以及来自 Pan-STARRS 望远镜的光学数据,这些数据描绘了视野中的恒星。 每个同心环都是由不同距离的尘埃云反射的 X 射线爆发产生的。 环显示不完整,在左上角、右上角和中间区域有间隙。 这些间隙显示了观察期间钱德拉视野的边缘,或者钱德拉没有观察到的视野部分。 (来源:X 射线:NASA/CXC/U.Wisc-Madison/S. Heinz 等人;光学/红外:Pan-STARRS)

由威斯康星大学麦迪逊分校的塞巴斯蒂安·海因茨 (Sebastian Heinz) 领导的一组研究人员分析了 50 年 2015 月 30 日至 25 月 11 日期间对该系统进行的 25 次 Swift 观测,以及 2015 年 404 月 XNUMX 日至 XNUMX 日进行的 Chandra 观测。这是一个如此明亮的事件Chandra 的操作员故意将 VXNUMX Cygni 放置在探测器之间,以便另一次明亮的爆发不会损坏仪器。

这些环不仅告诉天文学家黑洞的行为,还告诉天文学家天鹅座 V404 和地球之间的景观。 例如,X 射线中环的直径揭示了光弹射出的中间尘埃云的距离。 如果云离地球更近,则环看起来更大,反之亦然。 光回波看起来像窄环而不是宽环或光晕,因为 X 射线爆发只持续了相对较短的时间。

黑洞周围的巨大光环

这张艺术家的插图详细展示了钱德拉和斯威夫特看到的环状结构是如何产生的。 每个环都是由不同尘埃云反射的 X 射线引起的。 如果云离我们更近,环似乎更大。 结果是一组具有不同表观尺寸的同心环,具体取决于中间云与我们的距离。 学分:大学。 威斯康星-麦迪逊/S.Heinz

研究人员还使用这些环来探测尘埃云本身的特性。 他们将 X 射线光谱(即 X 射线在一定波长范围内的亮度)与具有不同成分的尘埃的计算机模型进行了比较。 不同成分的尘埃会导致不同数量的低能量 X 射线被钱德拉吸收并阻止其被检测到。 这与我们身体或行李的不同部位如何吸收不同数量的 X 射线的原理相似,从而提供有关其结构和成分的信息。

研究小组确定,尘埃很可能含有石墨和硅酸盐颗粒的混合物。 此外,通过用钱德拉分析内环,他们发现尘埃云的密度在各个方向上并不均匀。 以前的研究假设他们没有。

一篇描述天鹅座 V404 结果的论文发表在 1 年 2016 月 XNUMX 日的《天体物理学杂志》(预印本)上。 该研究的作者是 Sebastian Heinz、Lia Corrales(密歇根大学); 兰德尔·史密斯(天体物理学中心 | 哈佛和史密森学会); Niel Brandt(宾夕法尼亚州立大学); Peter Jonker(荷兰空间研究所); Richard Plotkin(内华达大学里诺分校); 和乔伊尼尔森(维拉诺瓦大学)。

这一结果与 X 射线双星圆规座 X-1 的类似发现有关,其中包含一个 中子星 而不是黑洞,发表在 20 年 2015 月 XNUMX 日的《天体物理学杂志》上的一篇论文中,题为“指环王:从巨型 X 射线光回波到圆环 X-1 的运动距离”(预印本)。 这项研究也是由 Sebastian Heinz 领导的。

每年都有多篇论文报告了 404 年天鹅座 V2015 爆发导致这些环的研究。 之前的爆发是在 1938 年、1956 年和 1989 年记录的,因此天文学家可能还有很多年的时间来继续分析 2015 年的爆发。

NASA的马歇尔太空飞行中心负责管理Chandra计划。 史密森尼天体物理观测站的钱德拉X射线中心控制着马萨诸塞州剑桥市的科学,并控制着马萨诸塞州伯灵顿市的飞行业务。

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