天鵝座V404黑洞周圍探測到中性物質風:每秒3000公里

北京時間5月17日消息,近日,利用10.4米口徑的加那利大型望遠鏡,一個由天體物理學家組成的國際團隊在已知距離地球最近的一個黑洞附近探測到了強烈的中性物質風。
在超過25年的沉寂之后,天鵝座V404黑洞在2015年6月出現了一次明亮而猛烈的爆發。利用加那利大型望遠鏡(Gran Telescopio CANARIAS,GTC),研究團隊對該黑洞的吸積盤進行了光學測量。加那利大型望遠鏡是世界上最大的光學-紅外反射望遠鏡,位于西班牙加那利群島的拉帕爾馬島上的羅奎克·德·羅斯·穆察克斯天文臺。
他們的觀測結果發表在近日的《自然》(Nature)雜志上,顯示了一股中性物質(非電離的氫和氦)風的存在。這股風形成于吸積盤的外層,調節著黑洞對物質的吸積過程。這是在黑洞系統中首次發現這樣的風,其速度極高(3000公里每秒),因而能逃脫黑洞周圍引力場的作用。
南安普頓大學物理學和天文學系的菲爾·查爾斯(Phil Charles)教授是研究團隊的成員之一,他說:“它的存在使我們得以解釋這場爆發,盡管非常明亮而且猛烈,亮度持續變化,大量物質噴流而出,但過程非常短暫,只持續了兩個星期。”
在這次爆發的末期,加那利大型望遠鏡還探測到了由強風所攜物質形成的星云。這是首次在黑洞系統中觀測到這一現象,科學家因此也得以估計出噴射到星際空間中的物質總量。
研究第一作者、加那利群島天文研究所的達里亞斯(Teo Mu?oz Darias)說:“來源的亮度和GTC的廣大采集范圍使我們不僅能探測到強風的存在,也能夠測量其性質在分鐘尺度上的變化。對于這類物體,此次所獲得的數據可能是目前為止最好的。天鵝座V404黑洞的這次爆發,由于其本身的復雜性,以及觀測結果在數量和質量上都很高,將幫助我們理解黑洞如何通過吸積盤吞噬物質。”
“我們認為,GTC在天鵝座V404黑洞觀測到的情況在其他地方也會發生,至少是在其他擁有大型吸積盤的黑洞,”查爾斯教授和共同作者、加那利群島天文研究所的Jorge Casares總結道。他們二人在1992年發現了天鵝座V404黑洞。
天鵝座V404黑洞是一個擁有聯星系統的黑洞,位于天鵝座內。目前已知這樣的系統不到50個。這類系統中黑洞的質量大約為太陽的10倍,它一直再從非常鄰近的一顆恒星吸收物質。在這一過程中,恒星的物質被黑洞吞噬并形成一個吸積盤,而吸積盤最深處溫度較高的區域會釋放出X射線。在吸積盤的外圍區域,我們可以通過可見光對其進行研究,這也是GTC能夠觀測到的光譜部分。
天鵝座V404距離地球只有8000光年,是已知最靠近地球的的黑洞之一,其具有的吸積盤特別巨大(半徑約為1000萬公里),這使得它的爆發在全波長(X射線、可見光、紅外線和無線電波)都非常明亮。
2015年6月15日,天鵝座V404黑洞在超過25年的沉寂之后又再次爆發。幾天之內,它的亮度增加了100萬倍,成為天空中最亮的X射線源。加那利大型望遠鏡于6月17日啟動了“臨時目標”(target of opportunity)項目——加那利群島天文研究所的科學家為這類事件而設計——開始對爆發進行光譜分析。
加那利大型望遠鏡主要利用OSIRIS成像儀進行觀測。在爆發期間的兩周內,每天晚上只有1到2個小時的窗口期可供觀測。此外,研究中還涉及了國際伽瑪射線天體物理實驗室(INTEGRAL)和雨燕(SWIFT)兩顆衛星的觀測結果,英國的AMI電波干涉儀也貢獻了觀測數據。