科学家发现黑洞喷流新成分：速度达光速

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黑洞与其周围的吸积盘

据欧洲空间局(ESA)网站报道，天文学家使用欧洲空间局XMM-牛顿空间望远镜开展银河系黑洞的研究，近日这项研究发现了黑洞喷流的一些新的性质。

　　恒星级黑洞常常被发现会窃取其伴星的物质，那些在黑洞强大引力下被窃取的物质从伴星流向黑洞，在黑洞周围形成一个漩涡状的吸积盘结构，在物质粒子之间的相互高速摩擦下温度急剧上升，发出剧烈的X射线辐射。

　　黑洞还是一个非常挑剔的物质吞噬者，它并不会一下子将全部获得的物质都一举吞下，而是会将其中的一部分物质再喷射出来，形成强大的物质喷流结构。由于这些喷流结构会将能量和质量释放出去，喷流结构的发育会相应减少黑洞可吞噬的物质来源。

　　天文学家利用先进设备对这些喷流的成分进行观察，从而可以让我们一窥黑洞的“饮食习惯”。在射电波段的观测此前便已经确认在黑洞的喷流中存在几乎以光速运行的电子。但直到现在科学家们都不能确定，这些喷流结构中带有负电荷的电子流是否也伴随着其对应的，带有正电荷的反粒子——正电子，或者其它带有正电荷的质量较大的粒子，如质子或其它原子核。

　　而在这项最新的研究中，天文学家使用XMM-牛顿空间望远镜对一个编号4U1630–47的黑洞双星系统开展研究，这一黑洞系统相当有名，每隔数月乃至数年便会发生一次X射线爆发事件。

　　近日一篇发表在《自然》杂志上的文章详细描述了科学家们此次的最新发现。来自欧洲南方天文台的天文学家玛利亚·迪亚兹·特里戈(María Díaz Trigo)是这篇文章的第一作者。她说：“在我们的观测中，我们检测到两种重元素的高度电离的核，分别是铁和镍。这是一项令人惊奇的发现，同时也让人感到振奋。因为毫无疑问它证实了黑洞喷流结构的成分丰富程度要远超过此前认为仅仅是电子的那种观点。”研究组在2012年9月份两次使用XMM-牛顿望远镜对4U1630–47开展了观测，并将得到的结果与几乎同步获取的射电波段数据进行比对，后者来自“澳大利亚望远镜紧凑型阵列”。

　　尽管研究组进行的两次观测在时间上仅仅相隔数周，但其得到的结果却已经发生了意外的变化。在第一组观测中，天文学家们探测到来自黑洞周围吸积盘的X射线辐射，但并未在射电波段看到任何明显的目标。这表明此时喷流并未被激活。但在第二次观测中，他们在X射线波段以及射电波段均接收到了信号，于是天文学家们知道喷流已经处于活跃状态了。

　　在对第二轮观测中得到的X射线数据进行仔细检查之后，天文学家们还发现在XMM-牛顿望远镜的数据中同时可以检测到接近和远离望远镜视野的铁离子，这说明这些铁离子存在于一对双向喷流之中。而在射向XMM-牛顿望远镜方向的喷流结构中，天文学家也检出了镍原子核的踪迹。

　　澳大利亚科廷大学射电天文学国际研究中心的论文合著者詹姆斯·米勒-琼斯(James Miller-Jones)表示：“从这些铁和镍离子信号，我们可以计算出这些喷流的速度非常之高，几乎达到光速的2/3。”

　　西班牙巴塞罗那大学的论文合著者赛蒙·米格里亚里(Simone Migliari)表示：“除此之外，在喷流中发现大质量原子核成分说明喷流从黑洞带走的能量与质量要远远高于原有估算，这一结果将对黑洞物质吸积的机制与速率的研究工作产生重要影响。”

　　这是首次在相对典型的恒星质量黑洞喷流结构中探测到大质量核子。在此之前仅有一个编号为SS 433的X射线双星系统似乎在其喷流中显示出与之相类似的原子核信号。然而这一黑洞系统拥有奇高的吸积效率，这也让它难以与那些更加普通的黑洞类型相比较。此次对于4U1630–47的最新观测将帮助天文学家们进一步加深对黑洞吸积盘产生喷流内在机制的认识。欧洲空间局XMM-牛顿望远镜项目科学家诺伯特·沙特尔(Norbert Schartel)表示：“现在我们已经了解很多有关黑洞及其周围环境的信息，然而喷流是如何形成的这一问题却仍然不甚明了，而此次观测项目对于加深我们在这一方面的认识无疑是向前迈出的重要一步。”