「慧眼」衛星首次探測到冕的動力學演化。
通過分析慧眼衛星觀測數據，來自武漢大學和中科院高能所等單位的研究人員在黑洞雙星中發現，通常稱為冕的等離子體流可以逃離黑洞強引力場，向外高速運動，並且首次在黑洞雙星中觀測到冕的速度演化。研究表明，冕趨向黑洞收縮的同時，也以接近光速向外運動，而且冕的尺度越小，速度越大。這項成果為研究冕在黑洞吸積過程中的運動提供了重要依據。黑洞吞噬恆星的過程，通常以「雙星共舞」的形式展開。早在上世紀60年代，天文學家就在銀河系中探測到了X射線輻射源。在這些X射線源中，天鵝座X-1是第一個被認為存在黑洞的雙星系統。隨著天文學的發展，在銀河系中發現的黑洞X射線雙星系統越來越多。黑洞本身雖無光，但在黑洞X射線雙星中，大量伴星物質會被吸附在黑洞周圍轉動，形成一個發光的盤狀結構，也就是通常說的吸積盤。在吸積盤內區附近，科學家們發現了一團超高溫等離子體，也就是神秘的黑洞「光冕」，類似於太陽周圍的日冕。「然而，冕在黑洞附近如何運動一直是緻密天體研究中的一個未解之謎。」論文第一作者，武漢大學遊貝博士說。
2018年3月，距我們大約11300光年處的黑洞X射線雙星MAXI J1820+070爆發，而且在相當長一段時間裡是天空中最亮的X射線源之一。慧眼衛星對這個天體的爆發進行了高頻次的觀測。
2020年，通過分析慧眼衛星的時變數據，由高能所領銜的研究團隊在MAXI J1820+070中發現了迄今為止能量最高的低頻準周期振蕩（QPO）信號，提供了從黑洞視界附近向外發出相對論噴流，也就是向外高速運動的等離子體流的觀測證據。
資料圖：「慧眼」衛星發現離黑洞最近的噴流產生的準周期調製信號的藝術想像示意圖。
對于冕在黑洞吸積過程中如何運動，以往的研究比較側重於理論，觀測證據相對較少。理論上，越靠近黑洞，由於引力彎曲效應和吸積盤相對于冕的張角的緣故，冕輻射出的X射線光子對吸積盤上的照射程度應該越強。然而，這和研究團隊對慧眼觀測數據的分析結果恰恰相反。近期，通過分析慧眼衛星的能譜數據，研究人員發現，當冕逐漸衰弱，空間尺度趨向黑洞收縮時，其對吸積盤的照射程度也在減弱。
研究團隊指出，目前對這一現象最合理的解釋是：冕在收縮的同時，冕中的等離子體流正在以接近光速向外運動，這為慧眼團隊已經發現的離黑洞很近的相對論噴流提供了獨立的觀測證據和物理解釋。研究團隊進一步發現，冕尺度越小，速度越大，因此冕物質運動的相對論性集束效應抑制了黑洞的引力彎曲效應。此研究成果第一次系統地描繪了黑洞X射線雙星在爆發過程中，等離子體流逃離黑洞引力場的速度演化，對於理解黑洞吸積過程和相對論效應意義重大。資料圖：「慧眼」衛星在太空的藝術想像圖。
慧眼衛星通過其時變數據，在MAXI J1820+070的黑洞視界附近發現了以接近光速向外運動的等離子體流，及其進動過程；而利用其能譜數據，也發現了以接近光速向外運動的等離子體流，及其速度的演化。對此，論文共同通訊作者、中科院高能所研究員張雙南表示，這兩項相互印證的研究成果，展示了慧眼衛星進行寬能段時變和能譜研究的綜合優勢。（科技日報記者 陸成寬）
來源：科技日報、科普中國