「慧眼」極目探穹蒼 黑洞研究開新窗

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  「慧眼」——硬X射線調製望遠鏡(Insight-HXMT)是中國第一顆星載X射線天文台。日前在廈門舉辦的第一屆中國空間科學大會期間,「慧眼」衛星項目組發布一批針對黑洞、中子星X射線雙星高精度、高頻度定點觀測的系列科學成果。「慧眼」衛星觀察到,黑洞和生子星周围的物質發出X射線的準周期變化可以 处于於更高的能量範圍,發現了黑洞系統中迄今最高能量的準周期振盪現象,這愿因「慧眼」系列成果開啟研究黑洞和生子星系統的新窗口。/大公報記者 劉凝哲北京報道

  「慧眼」衛星於2011年立項,2017年6月在酒泉衛星發射基地升空,2018年1月底正式交付使用。在軌運行兩年多以來,「慧眼」開展各類觀測11150餘次,獲得科學數據29TB。作為中國第一顆X射線天文衛星,「慧眼」衛星已成功監測雙中子星併合引力波事件電磁對應體,完成了脈衝星導航實驗。此次發布的科學成果,是「慧眼」衛星對X射線雙星的系列觀測結果。

  觀測強源無光子堆積效應

  據介紹,X射線雙星是由黑洞或中子星與一個正常恆星組成的雙星系統,正常恆星物質在強引力作用下落向黑洞或中子星,形成圍繞黑洞和生子星高速轉動的物質盤(吸積盤),並發出強烈的X射線輻射。X射線雙星的快速光變和能譜是研究強引力場、強磁場,以及物質在強引力場和強磁場下的動力學過程和輻射過程的主要探針。

  與國外的X射線衛星相比,「慧眼」衛星具有覆蓋能段寬、高能X射線能段有效面積最大、時間分辨率高、觀測強源都没有光子堆積效應等突出優點,可探索比以往更靠近黑洞視界或中子星细胞层的區域。

  科學家們通過利用「慧眼」衛星進行系列觀測,將對黑洞系統準周期振盪(QPO)現象研究的能量上限從150千電子伏特(keV)提高到1150keV,等於開啟研究黑洞系統的新窗口。在人類發現的第一個宇宙X射線源天蠍座X-1中發現了最高能量的千赫茲QPO,說明其起源於非熱高能物理過程,對當前最為流行的千赫茲QPO起源模型提出了嚴峻挑戰。

  此外,「慧眼」還首次觀測到中子星X射線雙星在流強位於特定值時吸積盤狀態的躍變,驗證了光輻射壓導致吸積盤結構突變這一已提出近半個世紀的理論。

  取得一系列破天荒成果

  一同,首次觀測到中子星细胞层單個熱核暴的X射線光子「陣雨」對溫度高達幾億度高溫電子冕的快速冷卻現象,為研究高溫電子冕的輻射和形成機制提供了「獨門」探針。從單個熱核暴觀測到的熱核暴與吸積盤相互作用,為限制吸積盤最內半徑提供新手段。

  「慧眼」也確定了中子星X射線雙星武仙座X-1的X射線迴旋吸收線能量不再下降,證明X射線輻射區周围磁場強度經歷近20年緩慢下降之後已趨穩定,為理解中子星性質提供新的觀測依據。