XRISM提供了迄今为止最清晰的快速旋转黑洞图像

艺术家对MCG-6-30-15中心SMBH最内层区域的渲染图，以及通过XRISM/Resolve获得的光谱（插图）。图片来源：uux.cn/CfA/Melissa Weiss

（神秘的地球uux.cn）据今日宇宙（作者：Matthew Williams）：X射线成像与光谱任务（XRISM）是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）与NASA的联合任务，于2023年9月7日发射。其先进的成像滤光片和光谱仪设计用于研究黑洞和中子星，并探测星系间介质中的高温等离子体。与欧洲航天局（ESA）的X射线多镜任务牛顿（XMM-Newton）和美国国家航空航天局（NASA）的核光谱望远镜阵列（NuSTAR）一道，XRISM提供了标志性MCG–6-30-15有史以来最清晰的X射线光谱。

该星系距离地球1.207亿光年，以其可变的X射线光谱和一个估计约200万太阳质量的中心超大质量黑洞（SMBH）而闻名。由哈佛与史密森天体物理中心（CfA）的劳拉·布伦纳曼领导的研究团队，成功分离出宽广的铁发射线及其相关的“反射”，这些都表明SMBH高速旋转。得益于XRISM无与伦比的光谱分辨率，团队得以研究黑洞的直接环境（包括一个接近其事件视界的吸积盘）。

天文学家们早就怀疑，来自该星系的大部分X射线发射来自非常接近星系SMBH的物质。 然而，以往的X射线望远镜无法分辨该能量范围内的发射线和吸收线，因此无法深入研究这一理论。在靠近SMBH事件视界的区域，引力会极大地改变时空的曲率（与爱因斯坦广义相对论一致），使得很难将事件视界附近的光信号与更远的气体云区分开来。

团队通过结合XRISM“Resolve”X射线仪器的超高分辨率数据与XMM-Newton和NuSTAR的宽带功率，获得了能够分离这两种发射线和吸收线的数据。正如Brenneman在CfA新闻稿中解释的：

天体黑洞只有两个性质：质量和自旋。我们可以通过多种方式估算它们的质量，但测量它们的自旋要困难得多，需要从事件视界外绕黑洞运行的气体收集数据。对于活动星系核中的超大质量黑洞，最佳方式是获得高信噪比和光谱分辨率的X射线光谱。

这项最近发表在《天体物理学杂志》上的研究证实了X射线中存在扭曲的铁发射线。这首次证明了物质在事件视界附近以接近光速运行，而非地球与银河系间外流的风。他们认为，该区域产生的X射线反射量约是较远气体云的50倍。由俄亥俄州立大学的合著者丹尼尔·R·威尔金斯领导的一项伴随研究，最近提交给《天体物理学杂志》，通过分析不同观测时间的光谱，进一步发展了这些结果。

布伦纳曼认为，这些结果展示了天文学家如何利用XRISM来确认和完善此前从低分辨率X射线光谱中获得的黑洞自旋速率测量结果。他们的研究还揭示了关于SMBH日冕的关键数据，该区域是分布在吸积盘上下的十亿度区域。该区域负责产生大部分SMBH的X射线发射，长期以来一直是天体物理学中的谜团。他们的研究还揭示了由吸积作用产生并驱动黑洞的风至少有五个不同的区域。布伦纳曼说：

我们想回头查看所有拥有低分辨率光谱的源，并用XRISM观测它们，然后问：“好了，既然我们有信心能区分狭窄和广义特征，之前的自旋测量准确度如何？”除了黑洞自转外，理解这些风也很重要，因为它们可以告诉我们星系如何生长和演化，主要通过收集气体或与其他星系和黑洞合并。因此，准确测量这两个数量，让我们能够全面了解超大质量黑洞与其宿主星系之间的共生关系。