国际天文学家团队发现带有扭曲吸积盘的黑洞MAXI J1820+070
国际天文学家团队发现带有扭曲吸积盘的黑洞MAXI J1820+070（图片来源：论文作者、英国南安普顿大学五里河天文学院John Paice）
（神秘的地球uux.cn报道）据中国科学报：一个来自南非、英国、法国和美国的国际天文学家团队发现，距离银河系最近的一个黑洞周围观测到的光亮度有很大变化，该黑洞距离地球约9600光年，他们认为这是由于吸积盘的巨大扭曲造成的。相关研究近日发表于英国《皇家天文学会月刊》。
这个名为MAXI J1820+070的天体在2018年3月爆发，是一种新型X射线瞬变，由国际空间站上的日本X射线望远镜发现。该瞬变系统呈现出剧烈的爆发，科学家认为它们是双星系统，由一颗类似太阳的低质量恒星和一颗更致密的天体——白矮星、中子星或是黑洞组成。若是黑洞，研究者认为MAXI J1820+070将包含一个质量至少是太阳8倍的黑洞。
这一发现是由美国变星观测者协会（AAVSO）的全球业余爱好者在近一年的时间里获得的广泛而详细的光曲线得出的。MAXI J1820+070是迄今为止观测到的三个最亮的X射线瞬变现象之一，这是由于它离地球很近，又不在银河系的模糊平面之外。它在好几个月里都很亮，所以才有可能有这么多的业余爱好者跟随它。
南安普顿大学教授员、研究小组成员Phil Charles解释说：“来自正常恒星的物质被致密天体拉入其周围的螺旋气体吸积盘。当圆盘中的物质变热且不稳定时，就会发生大规模的爆发，并在穿越视界之前聚集到黑洞上释放出大量的能量。这个过程是混乱的，而且变化很大，时间尺度从毫秒到几个月不等。”
研究团队制作了一个可视化系统，展示了巨大的X射线输出是如何从非常接近黑洞的地方发射出来的，然后辐射周围的物质，特别是吸积盘，将其加热到大约10000K的温度，这就是发射出来的可视光。因此当X射线爆发减弱时，可见光也减弱了。
但在爆发近3个月后发生了一件科学家意料之外的事情，当时光曲线开始大幅调制——类似上下调光开关，亮度在峰值时几乎增加了一倍，大约持续了17个小时。然而，X射线输出没有任何变化，仍然保持稳定。虽然在过去的X射线瞬态爆发中也曾观测到小的准周期可见调制，但从未见过如此规模的调制。
是什么导致了这种不寻常的行为？Charles说：“从图中所示的系统角度来看，我们可以很快排除通常的解释，即X射线照亮了供体恒星的内表面，因为增亮发生在错误的时间。也不可能是随着调制相对于轨道逐渐移动，从质量传递流击中圆盘的地方发出的光发生了变化。”
研究团队制作了一个可视化系统，展示了巨大的X射线输出是如何从非常接近黑洞的地方发射出来的，然后辐射周围的物质，特别是吸积盘，将其加热到大约10000K的温度，这就是发射出来的可视光。因此当X射线爆发减弱时，可见光也减弱了。
但在爆发近3个月后发生了一件科学家意料之外的事情，当时光曲线开始大幅调制——类似上下调光开关，亮度在峰值时几乎增加了一倍，大约持续了17个小时。然而，X射线输出没有任何变化，仍然保持稳定。虽然在过去的X射线瞬态爆发中也曾观测到小的准周期可见调制，但从未见过如此规模的调制。
是什么导致了这种不寻常的行为？Charles说：“从图中所示的系统角度来看，我们可以很快排除通常的解释，即X射线照亮了供体恒星的内表面，因为增亮发生在错误的时间。也不可能是随着调制相对于轨道逐渐移动，从质量传递流撞击星盘的地方发出的光发生了变化。”
这就只剩下一个可能的解释了，巨大的X射线流照射吸积盘并导致其扭曲（如图所示）。这种扭曲让可被照亮的光盘区域大幅增加，从而使在一定时间内观看到它时，视觉光能量急剧增加。这种行为曾在有更大质量供体的X射线双星中被观察到，但从未在像这样有低质量供体的黑洞瞬变中看到过。作者表示，这为研究扭曲吸积盘的结构和性质开辟了一条全新的途径。
“在一组已经很有趣的天体中，这个天体具有不同寻常特性，它们可让我们了解很多关于恒星演化的端点和致密天体形成的知识。”Charles说，“我们已经知道银河系中有几十个黑洞双星系统，它们的质量都在太阳质量的5-15倍范围内。它们都是通过物质的累积而生长的，我们在这里已经看到了这种现象。”
大约从5年前开始，南非大型望远镜（SALT）瞬态天体的重大科学研究项目已经对紧凑双星进行了许多重要的观测，包括像MAXI J1820+070这样的黑洞系统。该项目首席研究员南非天文台的David Buckley则表示：“SALT是研究这些X射线双星在爆发期间变化行为的完美工具，它可以定期监测几周到几个月，并可以与其他望远镜的观测相协调，包括太空望远镜。”
相关论文信息：https：//doi.org/10.1093/mnras/stab3033
相关报道：银河系发现吸积盘严重扭曲的神秘黑洞
（神秘的地球uux.cn报道）据新浪科技：国外媒体报道，目前，一支国际天文学家小组发现银河系一个黑洞周围存在较大的光线亮度变化，该黑洞距离地球9600光年，推测是由吸积盘出现较大程度扭曲变形所致。
2018年3月，这个被命名为MAXI J1820+070的黑洞喷射新类型X射线瞬变，被国际空间站日本X射线图像监视望远镜（MAXI）观测到，该瞬变过程呈现出剧烈爆发，MAXI J1820+070是双星黑洞，由一颗类似太阳的低质量恒星和一颗较紧凑的天体构成，该天体可能是白矮星、中子星或者黑洞，在这种情况下，MAXI J1820+070存在一个黑洞，其质量至少是太阳的8倍。
这项发现发表在《英国皇家天文学会月刊》上，研究报告第一作者是南非天文台（SAAO）博士后研究员杰西莫·托马斯博士。据悉，MAXI J1820+070是迄今观测到最明亮的三个X射线瞬变天体之一，这是由于它距离地球较近，并且在银河系模糊平面之外，因为它明亮发光可持续几个月时间，所以才会有许多天文爱好者对其进行观测。
美国南安普顿大学研究员菲尔·查尔斯教授解释称，来自正常恒星的物质被致密天体拉入其周围的螺旋气体吸积盘，当吸积盘中的物质变热且不稳定时，就会发生大规模爆发，并在穿越“事件视界（event horizon）”之前能量聚集在黑洞随后释放，该过程是非常混乱无序的，而且变化较大，跨越时间尺度从几毫秒至几个月不等。据悉，事件视界是一种时空的曲隔界线，视界中任何事件均无法对视界外的观察者产生影响，在黑洞周围的就是事件视界。在强大的引力影响下，黑洞附近逃逸速度会大于光速，使得任何光线都不可能从事件视界内逃离。
目前，托马斯博士带领研究小组设计了一个可视化系统，展示了邻近黑洞区域出现巨大X射线输出特征，照亮周围的宇宙物质，尤其是吸积盘，使吸积盘加热至大约1万摄氏度，该状况下可看到释放的可见光线，这就是为什么当X射线爆发减弱时，可见光线也减弱。
然而，MAXI J1820+070能量爆发近3个月后发生了一件意想不到的事情，在大约17小时的时间里，可见光曲线开始出现巨大变化，这有点像将汽车变光开关上下转动，亮度峰值瞬间翻倍。但是X射线输出没有任何变化，仍然保持稳定状态，虽然之前在其他X射线瞬变爆发中，也曾观测到较小准周期可见光调变，但从未观测到如此规模的变化。
是什么原因导致这种不同寻常的变化？查尔斯教授说：“从图像系统来看，我们可以很快排除一般性解释，即X射线照亮了供体星内表面，因为增亮过程发生在错误的时间，同时，也不可能是由于伴随轨道相对移动逐渐出现光线调变，而导致质量转移流轰击吸积盘产生光线变化。”
这样就只有一种可能性解释，即巨大X射线流照射吸积盘，并导致吸积盘出现扭曲现象。吸积盘扭曲提供了更大区域被X射线照亮，从而使视觉光线输出急剧增大，从正确的时间进行观测，该现象曾在有更大质量供体的X射线双星中被观测到，但从未在这样低质量供体的黑洞瞬变中发现，这将为研究扭曲吸积盘结构开辟一条全新的途径。
查尔斯教授称，该现象增进了我们关于恒星演变的端点和致密天体形成过程的认知理解，目前我们已知银河系中有几十个黑洞双星系统，它们的质量在5-15倍太阳质量之间，它们都是通常物质累积而生长的，这正好印证了我们的最新研究结果。
大约从5年前开始，南非大型望远镜（SALT）勘测瞬变天体，现已发现大量紧凑双星系统，其中包括MAXI J1820+070这样的黑洞系统，该研究项目首席研究员大卫·巴克利教授说：“SALT望远镜是研究X射线双星在爆发期变化的完美仪器，它能定期监测几周至几个月，并可以和其他望远镜的观测协调配合。”
