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我国科学家发现最远黑洞双星 属“人类首次”

2013年11月29日07:16    来源:北京日报    手机看新闻

  图为X射线极亮源M101 ULX-1位于漩涡星系M101的一个悬臂上

  11月28日,《自然》杂志发表了中国科学院国家天文台刘继峰研究员领导的国际团队对漩涡星系中X射线极亮源M101 ULX-1的研究成果,我国科学家发现迄今距离地球最遥远的黑洞双星。这是国际上对X射线极亮源动力学质量的首次、也是唯一一例成功的测量。该杂志审稿人认为此项成果“夺取了这个领域的圣杯”。

  自上世纪90年代,特别是两颗造价分别为16亿美元和7亿欧元的钱德拉X射线空间望远镜和XMM-牛顿X射线天文卫星投入使用,天文学家陆续在遥远星系中发现了一批X射线光度极高的天体,它们可能是人们一直寻找的中等质量黑洞,也可能是具有特殊辐射机制的几个或几十个太阳质量的恒星级黑洞。国际天文和天体物理界对这类X射线极亮源的本质一直难以定论,众说纷纭。

  此项研究的关键与难点为通过动力学方法测定中心黑洞的质量。如果可以成功确定,不仅可以解决关于这类天体本质的争论,还可以增进人们对黑洞形成、黑洞辐射机制的理解与认知。对X射线极亮源行动力学测量的原理为通过观测伴星光谱的移动来推断出中心黑洞的质量。但由于这类天体距离我们十分遥远,通常为几千万光年,同时X射线照射黑洞吸积盘而产生的光污染也非常强,测量极其困难。欧美学者多次利用世界最先进的8至10米级光学/红外望远镜进行长时间观测,但均未成功。由于其科学重要性和影响深远性,中心黑洞质量的精确测量被国际同行誉为X射线极亮源研究领域的“圣杯”。

  中国科学院国家天文台刘继峰研究员领导国际团队通过精心设计研究方案,巧妙选取有特色的天体目标,成功申请到位于美国夏威夷的8米大型双子望远镜以及10米凯克望远镜各20小时的观测时间,在三个月的时间跨度上,对漩涡星系中X射线极亮源M101 ULX-1进行了研究,并确认其中心天体为一个质量与恒星可比拟的黑洞。

  “我们选择了一个合适的X射线极亮源进行观测研究,这是我们成功的关键。”刘继峰说,这个黑洞加伴星形成的黑洞双星系统位于2200万光年之外,是人类迄今发现的距离地球最遥远的黑洞双星。

  通过观测伴星光谱的移动,经过模型计算,刘继峰等最终推断出了中心黑洞的质量,这是国际上对X射线极亮源动力学质量的首次、也是唯一一例成功的测量。

  同时,通过对X射线谱的特性进行分析,刘继峰团队发现,他们最新观测到的现象难以被以往黑洞吸积的“经典”研究结果所解释,其研究结果突破了现有理论框架的范畴,成功摘得该领域的“圣杯”。

  名词解释

  双星系统

  双星系统是指由两颗恒星组成,相对于其他恒星来说,位置看起来非常靠近的天体系统。双星系统是天体物理学中一个重要研究课题,对于研究不同天体间的关系具有重要意义。恒星级黑洞只能在双星系统中发现。在双星系统中的黑洞会吸积其伴星的物质,在吞噬这些物质的过程中发出大量X射线。如果一个双星系统中的一颗不可见子星是X射线源,且其光度变化无规律,质量大于中子星质量上限,那么它很可能就是黑洞。

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(责编:值班编辑、马丽)

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