Friday , January 22 2021

国际 空间站 直击 黑洞 "吃 星星": 黑洞 的 光 冕 收缩 了 – 科学 探索 – cnBeta.COM



在 科幻 电影 "星际 穿越" 中, 男主角 进入 黑洞 后 并未 被 引力 撕碎, 而是 来到 了 一个 奇迹 的 高 维 空间. 黑洞 吃 进 物体 后 会 发生 什么? 人类 现有 的 科学 水平 尚 不能 完全回答 这个 问题, 只能 从 黑洞 吃 星星 时 "打嗝" 出 的 光波 略 窥 一二.

black-hole-980x620.jpg

北京时间 1 月 10 日 凌晨, 世界 顶级 学术 期刊, 英国 "自然" 杂志 (Nature) 的 封面 论文, 即 讲述 了 对 一次 黑洞 吃 星星 过程 的 观测 研究, 在 宇宙 学 上 称为 "黑洞 瞬变" 事件.

死亡 共舞

黑洞 作为 一 类 极端 天体, 是 恒星 们 的 其中 一种 特殊 归宿. 随着 恒星 核聚变 的 燃料 殆尽, 质量 小 一些 的 内部 坍塌 成 白矮星, 质量 大 一些 的 则会 坍塌 成 中子星 或 黑洞.

根据 爱因斯坦 引力 场 方程 的 计算, 如果 大量 物质 集中 于 空间 一点, 奇 点 周围 会 形成 时空 扭曲 的 "视界", 一旦 进入 这个 界面, 连 光子 也 无法 逃逸, 故而 称为 "黑洞".

黑洞 本身 虽无 光, 但 大量 弥散 物质 被 吸附 在 黑洞 周围 转动, 形成 一个 发光 的 盘状 结构. 一旦 天体 进入 吸 积 盘 的 范围, 就 开始 被 黑洞 吞噬.

而 沿着 这个 "吸 积 盘" 中 轴线 的 上下 两端 上, 科学家 们 还 发现 了 神秘 的 黑洞 "光 冕", 与 太阳 的 "日冕" 相似, 是 一 团 致密 的 超 高温 等离子体.

<img src = "https://static.cnbetacdn.com/article/2019/0110/a74ceae7de2f4fe.png” alt=”]F[[U3Y]((PCIDD]$ I3YUU5.png”/>

"自然" 封面 论文

正如 封面 图片 所 描绘 的, 黑洞 吞噬 恒星 的 过程 以 "双星 共舞" 的 形式 展开. 恒星 或 白矮星 围绕 着 黑洞 旋转, 物质 不断 被 吸收, 释放 出 巨大 的 引力 波 和 能量, 高速 等 离子 喷 流 从 黑洞中 逃逸 而出, 形成 明亮 的 光柱.

也就是说, 黑洞 虽然 如 饕餮 般 吞食 一切, 却 不能 吃得 干干净净, 总是 "打嗝", 给 天文学家 留下 可以 研究 的 线索.

"黑洞" 中 的 水滴 声

2018 年 3 月 6 日, 位于 智利 安第斯山 脉 托洛洛 山顶 的 两台 "全天 自动 超 新星 搜索 项目" 望远镜 捕 收获 了 一个 编号 为 ASASSN-18ey 的 光学 信号 .5 天后, 国际 空间站 上 搭载 的 全天The MAXI J1820 + 070 X-ray digital camera (MAXI) has been used for the MAXI J1820 + 070. This is the first version of the X-ray format. This is the first version of this release.系统.

值得 一 提 的 是, 该 信号 源 十分 明亮, 约 在 3260 光年 之外, 这 已经 是 目前 人类 发现 的 黑洞 双 系统 中 距离 地球 最近 的.

消息 公开 后, 世界范围 内 十 数 台 地面 望远镜 和 空间 设备 瞄准 信号 源, 接收 分析 不同 频段 的 数据. 其中 就 包括 同样 位于 国际 空间站 上 的 中子星 内部 组成 探测器 (NICER). 该 载荷 针对 中子星 周围 的极端 引力, 电磁场 和 核 物理学 设计, 专门 探测 极端 高 密度 和 高压 下 的 奇妙 物质 状态, 因而 也 适用 于 黑洞 的 观测.

为了 理解 探测器 的 工作 方式, 你 可以想象 一个 "漆黑 的 山洞" 中 的 水滴. 你 先 听到 水滴 声, 再 听到 水滴 声 反弹 到 洞壁 上 的 回声. 水滴 声 和 回声 间 的 间隔 越 长, 山洞 的 大小 就 越大.

对于 黑洞 而言, "水滴 声" 就是 从 光 冕 中 射出 的 X 射线 光子, 而 "回声" 就是 光 冕 与 吸 积 盘 内 缘 相互作用 后 二次 射出 的 X 射线 光子.

<img src = "https://static.cnbetacdn.com/thumb/article/2019/0110/fee43cad304db8e.jpg” alt=”2.jpg”/>

黑洞 "吃 星星" 后 吸 积 盘 和 光 冕 发生 的 变化

探测器 由 52 对 X 射线 收集 器 组成, 可以 记录 单个 X 涉嫌 光子 抵达 的 时间 和 能量, 时间 分辨率 达到 100 纳秒 以内, 比 美国 国家 航空 航天 局 (NASA) 的 上 一代 最 精确 的 X 射线 计时器 快 上 25 倍.

正因 如此, 这个 美, 英, 荷, 日 联合 团队 才 能够 捕捉 到 黑洞 瞬变 过程 中 X 射线 光谱 的 微妙 变化: 在 吃下 星星 后, 黑洞 的 吸 积 盘 大小 保持 得 相当 稳定, 光 冕 的尺寸 却 收缩 了.

这 与 此前 预测 的 一种 "吸 积 盘 截断 模型" 相左. 此前, 一些 科学家 们 推测 黑洞 吃 星星 时 吸 积 盘 旋转 速度 变 快, 从而 收缩. 如今, 高精度 的 X 射线 探测器 描述 了 不同 的图景. 不过, 为了 排除 个 例 的 特殊性, 这种 新 的 描述 模型 尚需 更多 的 案例 检验.


Source link