黑洞吸积盘发现特殊隐藏结构

伤我心太深

黑洞和恒星系统——X射线双星系统雨燕J1357.2的模拟图像。

凤凰科技讯 北京时间3月7日消息，国外媒体报道，近日天文学家在研究罕见黑洞系统时，在环绕该系统的物质盘里发现了一个从未见过的结构。X射线双星系统雨燕J1357.2包括一个正在缓慢吞噬伴星的黑洞，该系统会规则性的释放高能量爆发。伴星的物质会落入黑洞吸积盘，后者不断吞噬气体尘埃。观测该系统的科学家小组发现了一个罕见的垂直结构正在穿透这些物质。“这是我们首次在吸积盘里观测到这样的结构，在X射线双星系统处于爆发的状态时，这种结构可能普遍存在。”西班牙加那利群岛天体物理学研究所的杰西·科拉尔-桑塔纳（Jesus Corral-Santana）这样说道。
隐藏的结构
位于雨燕J1357.2内部的黑洞只是银河系内上百万个恒星黑洞之一。该黑洞的质量大约为太阳的3倍，形成于单颗恒星向内自我坍塌时，这导致恒星质量被压缩到一个很小的城市大小的天体里，从而产生强大的引力作用吸引临近的尘埃和气体。
位于4900光年远的处女座的雨燕J1357.2还包含一个质量约为太阳的1/4的较小伴星。这颗伴星环绕着双星系统中心运行，公转周期只有2.8个小时，这是这类系统中已知公转周期最短的天体之一。
黑洞从伴星里吸收物质进入自身吸积盘，偶尔会发射出X射线爆发使得科学家有机会检测到它的存在，一般来说这种系统很难被检测到。
科拉尔-桑塔纳和他的研究小组利用位于加那利群岛的艾萨克·牛顿望远镜和威廉·赫歇尔望远镜拍摄了上百张该系统的光学图片。通过研究吸积盘产生的光，研究人员注意到该系统会发生周期性的变暗，有时候变暗的时间只有几秒。“由于该系统的轨道周期只有2.8个小时，这些变暗不可能是伴星的日食所产生的。它们的速度要快得多。”科拉尔-桑塔纳说道。“因此，它们一定是位于黑洞附近吸积盘内部某个隐藏结构产生的。”
这个新发现只能通过吸积盘外部发光部分才能观测到，也就是X射线爆发的起源地。X射线爆发与其它光学射线爆发不同，它并不存在周期性变化，这表明在黑洞中央隐藏了一个垂直结构。该结构并非出现在固定的可预测的时间，而是以稳定增长的周期出现，这暗示着通过吸积盘它产生了某种类似波的运动。“吸积盘产生的波在不断向前移动，就像平静的水面扔一块石头时产生的波一样。”
缺失的部分
这种波状特征也将提供有关黑洞方向的信息。太空中的天体相对地球存在不同的角度，或者称倾斜度。从地球上观测可以看到它们的侧面、正面或者介于两者之间。科学家怀疑存在50个带有侧向吸积盘——也就是科学家所谓的高倾角——的黑洞系统，雨燕J1357.2只是其中之一。然而，天文学家认为大约20%的这类系统应该存在这样的视角。
为了观测到吸积盘里的波状结构，科学家必须能够观测到吸积盘的侧面，或者接近侧面的视角。从接近正面的低角度观测将无法看到从该系统发出的光的亮度的骤然上升或下降。“雨燕J1357.2是短暂X射线双星系统里高倾角黑洞中缺失部分的原型。”科拉尔-桑塔纳说道。
由于雨燕J1357.2是首个提供这样侧面视野的系统，这样隐藏的垂直结构的存在将具有更重要的意义。在其他类似系统中还没有发现这类结构存在的迹象。事实上，这种结构也可能存在其它已经发现的短暂X射线双星系统里，只是被它们的观测角度遮挡住了。
这项研究发现被发表在2月28日的《科学》期刊上。（编译/严炎刘星）