美国国家航空航天局的IXPE详细描述了新发现黑洞的结构形状 _美国

据美国国家航空航天局（贝丝·里奇韦）：美国国家航空航天局的IXPE（成像X射线偏振探测器）帮助天文学家更好地了解了黑洞所必需的结构的形状，特别是围绕它旋转的物质盘和被称为日冕的移动等离子体区域。
恒星质量黑洞是Swift J1727.8-1613双星系统的一部分，于2023年夏天在一次不寻常的增亮事件中被发现，这一事件曾短暂地使它的亮度超过了几乎所有其他X射线源。这是IXPE在经历像这样的X射线爆发的开始、峰值和结束时首次观测到的此类事件。

这幅图显示了美国国家航空航天局的成像X射线偏振测量探测器（IXPE）航天器，位于左下角，从远处观察新发现的双星系统Swift J1727.8-1613 。中心是一个黑洞，周围是一个吸积盘，显示为黄色和橙色，以及一个热的、移动的日冕，显示为蓝色。黑洞正在从其伴星中吸出气体，在黑洞后面看到的是一个红色球体。快速移动的过热粒子从黑洞的两极喷出。图片来源：Marie Novotná
Swift J1727是《天体物理学杂志》和《天文学与天体物理学》上发表的一系列新研究的主题。科学家们表示，这些发现为黑洞X射线双星系统的行为和演化提供了新的见解。
芬兰图尔库大学的天体物理学家Alexandra Veledina说：“这次爆发发展得非常快。” 。“从我们第一次探测到爆发开始，Swift J1727只花了几天时间就达到了峰值。到那时，IXPE和许多其他望远镜和仪器已经在收集数据。在爆发恢复不活动的过程中一直观察到爆发令人兴奋。”
直到2023年底，Swift J1727短暂地保持比蟹状星云更亮，蟹状星云是用于提供X射线亮度单位基线的标准X射线“蜡烛” 。这种爆发在双星系统中并不罕见，但很少发生在如此明亮和离家如此近的地方——距离地球只有8800光年。该双星系统是为了纪念斯威夫特伽马射线爆发任务而命名的，该任务最初于2023年8月24日用其爆发警报望远镜探测到爆发，从而发现了黑洞。
X射线双星系统通常包括两颗处于不同生命周期阶段的近距离恒星。当老恒星耗尽燃料时，它会爆炸成超新星，留下中子星、白矮星或黑洞。在Swift J1727的例子中，由此产生的黑洞的强大引力从其伴星上剥离了物质，将物质加热到180多万华氏度，并产生了大量的X射线。这种物质形成了一个吸积盘，可以包括一个过热的日冕。在黑洞的两极，物质也可以以相对论射流的形式从双星系统中逃逸。
IXPE帮助美国国家航空航天局和研究人员研究了所有这些现象，专门研究X射线偏振，这是一种光的特性，有助于绘制这种超强能源的形状和结构，即使它们离我们太远而无法直接看到，也能照亮它们的内部运作。
美国国家航空航天局天体物理学家亚历山德拉·维勒迪纳：“因为光本身无法逃脱它们的引力，所以我们看不到黑洞。我们只能观察周围发生的事情，并对那里发生的机制和过程得出结论。IXPE对这项工作至关重要。”
“因为光本身无法逃脱它们的引力，所以我们看不到黑洞，”Veledina说。“我们只能观察它们周围发生的事情，并对那里发生的机制和过程得出结论。IXPE对这项工作至关重要。”
由Veledina和英格兰泰恩河畔纽卡斯尔大学的研究员Adam Ingram领导的两项基于IXPE的Swift J1727研究侧重于爆发的第一阶段。在源变得异常明亮的短短几个月内，日冕是观测到的X射线辐射的主要来源。
Veledina说：“IXPE记录了沿黑洞射流估计方向传播的X射线辐射的偏振，因此热等离子体在吸积盘平面内延伸。” 。“在持续存在的黑洞双星天鹅座X-1中也报告了类似的发现，因此这一发现有助于验证短寿命爆发系统的几何形状是相同的。”
该团队进一步监测了Swift J1727峰值爆发期间极化值的变化。这些结论与电磁辐射其他能带研究中同时获得的发现相吻合。
由布拉格捷克科学院的研究人员JiříSvoboda和Jakub Podgorný领导的第三项和第四项研究侧重于Swift J1727爆发第二部分的X射线偏振，并在几个月后恢复到高能状态。由于波德戈尼之前使用IXPE数据和黑洞模拟的努力，他最近获得了捷克共和国自然科学博士论文最高国家奖。
极化数据表明，日冕的几何形状在爆发的开始和结束之间没有显著变化，尽管该系统在此期间发生了演变，X射线亮度在后期的能量状态下急剧下降。
这些结果标志着我们在理解吸积盘、日冕和黑洞相关结构的变化形状和结构方面迈出了重要的一步。这项研究还展示了IXPE作为确定系统所有这些元素如何连接的工具的价值，以及它与其他天文台合作监测宇宙突然、剧烈变化的潜力。
“需要对双星系统中黑洞附近的物质进行进一步的观测，但Swift J1727.8-1613在不同状态下的首次成功观测活动是我们可以想象的新篇章的最佳开端，”该系列论文的合著者、IXPE恒星质量黑洞工作组组长Michal Dovčiak说，他也在捷克科学院进行研究。
关于IXPE
IXPE继续提供前所未有的数据，使人们能够对宇宙中的天体进行突破性的发现，这是美国国家航空航天局和意大利航天局与12个国家的合作伙伴和科学合作者的联合任务。IXPE由位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心领导。Ball Aerospace总部位于科罗拉多州布鲁姆菲尔德，与科罗拉多大学博尔德分校的大气和空间物理实验室共同管理航天器运营。