霍金黑洞重新精确测量!旋转速度接近光速

2021年2月21日10:36:30 评论 29

霍金黑洞重新精确测量!旋转速度接近光速

天鹅座X1系统想象图(版权所有:国际射电天文学研究中心),新浪网讯,北京时间2月19日2月19日凌晨,国际科学期刊《科学》 (Science)和《天体物理学报》(天体物理学杂志)上的三篇文章联合发表了历史上发现的第一个恒星黑洞——天鹅座X-1的最新精确测量结果。来自澳大利亚、美国和中国的三个团队(由中国科学院国家天文台研究员苟利军带领)独立测量并限定了黑洞的距离、质量、自旋和演化,发现系统中包含一个质量是太阳21倍的黑洞,其自转速度非常接近光速。这是迄今为止唯一被发现和证实的X射线双星系统,黑洞质量超过太阳质量的20倍,自转如此之快。其中,中国科学院国家天文台研究员勾立军和学生赵学山、郑为《科学》杂志论文合作者,并作为第一作者和通讯作者,在《天体物理学报》年发表了一系列关于黑洞自转精确测量的文章。

天鹅座X1是一个X射线双星系统,其中除了一颗能够产生X射线源的致密恒星外,还包含一颗蓝巨星。自1964年美国探空火箭首次发现这个系统以来,致密天体是黑洞还是中子星一直是高能天体物理研究领域的热点。20世纪70年代,物理学家索恩和霍金也在这方面下了赌注,并提出了书面证据。直到20世纪90年代,越来越多的观察证据表明,系统的中心应该是一个黑洞,霍金签字承认失败。

尽管霍金承认失败,但对这一系统的性质缺乏准确的测量。2011年,勾立军的研究人员和合作者首次尝试精确测量这个黑洞的性质。当时的结果是黑洞系统距离地球6067光年,质量是太阳的14.8倍。发现黑洞的视觉界面是以光速的72%旋转的。

2013年,欧洲航空管理局的GAIA卫星发射升空,计划精确测量银河系10亿颗恒星的距离,包括包括天鹅座X1在内的X射线双星。结果盖亚卫星给出的天鹅座X1的距离比以前稍微长了一点,大约是7100光年。在《科学》年刚刚发表的文章中,澳大利亚柯廷大学的米勒-琼斯教授带领的团队,利用美国的VLBA再次测量并确认了天鹅座X1的距离。在将新的观测数据与之前的观测数据结合起来,消除了天鹅座X1的喷流运动带来的系统误差效应后,团队最终得到了天鹅座X1黑洞的最新距离,为7240光年,精度为8%,与盖亚卫星给出的距离完全一致。在此基础上,合作团队重新分析了光学数据,发现黑洞质量增加了50%到21倍太阳质量,准确率为10%。这是唯一一个主恒星质量超过太阳质量20倍的黑洞X射线双星系统。

黑洞自转只影响黑洞可视界面附近几百公里的范围,所以需要从位于该区域的吸积盘产生的光子能量较高的X射线带数据中推断。郭立军研究员带领的研究小组结合新获得的距离和质量测量结果,对X射线光谱数据进行了分析,从而准确限定了黑洞的旋转速度。与之前的测量结果相比,发现这次测量到的黑洞旋转更加极端,黑洞的视觉界面以至少95%的光速旋转,这是唯一已知的以如此高的速度旋转的黑洞系统。详细的分析过程公布在《天体物理学报》上,今天上线。同时,今天发布的《科学》文章中也阐述了这个关于自旋的总结结果。

系统参数的完整和高精度测量使团队能够对系统的演化过程进行更严格的限制。澳大利亚莫纳什大学的曼德尔教授也是《科学》张文的合作者,他领导了另一个发表于《天体物理学报》的张文恒星演化研究。这个张文表明,为了形成一个如此重量和极速旋转的黑洞,恒星风损失应该比以前估计的小几倍,这个黑洞的前身恒星的重量是太阳的60倍。

系统参数的精确测量也让我们有机会与引力波探测到的黑洞进行对比。天鹅座X1自转非常快,表现出与引力波发现的黑洞系统完全不同的自转特性,这意味着这个系统很可能具有与引力波系统完全不同的形成机制。

论文链接:(美国东部时间2月18日下午2点推出)

1。天鹅座X-1包含一个21个太阳质量的黑洞——对巨大恒星风的影响”,发表在2021年2月18日的《科学》杂志上。

2。“重新估算天鹅座X-1黑洞的自旋参数”,发表在2021年2月18日的《天体物理学杂志》上。

3。根据天鹅座X-1推断的剥离恒星的风质量损失率,发表在2021年2月18日的《天体物理学杂志》上。

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