浩瀚太空，中國(guó)“慧眼”識(shí)英雄。 

最新發(fā)現(xiàn)，有個(gè)“冕”竟然能逃離黑洞！

對(duì)于宇宙中引力極其強(qiáng)大的天體黑洞，人們常用“光都無法逃脫”來形容它足以吞噬一切的可怕。 

不過，中國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)通過中國(guó)首顆空間X射線天文衛(wèi)星“慧眼”（HXMT）觀測(cè)數(shù)據(jù)最新研究發(fā)現(xiàn)，一個(gè)俗稱“冕”的等離子體流竟然能逃離黑洞，這將給人們帶來對(duì)黑洞強(qiáng)引力場(chǎng)新的認(rèn)知。 

“慧眼”衛(wèi)星首次探測(cè)到冕的動(dòng)力學(xué)演化。研究團(tuán)隊(duì) 供圖

發(fā)現(xiàn)逃離黑洞之“冕” 

記者2月15日從中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所（中科院高能所）獲悉，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然?通訊》當(dāng)天在線發(fā)表中國(guó)“慧眼”衛(wèi)星的最新科研成果——科學(xué)家團(tuán)隊(duì)通過分析“慧眼”衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，在黑洞X射線雙星“MAXI J1820+070”中發(fā)現(xiàn)了逃離黑洞強(qiáng)引力場(chǎng)向外高速運(yùn)動(dòng)的冕，并且首次在黑洞雙星中觀測(cè)到冕的速度演化。

該研究表明，冕趨向黑洞收縮的同時(shí)，也以相對(duì)論速度向外運(yùn)動(dòng)，而且冕的尺度越小，速度越大。同時(shí)，這項(xiàng)成果也為研究冕在黑洞吸積過程中的運(yùn)動(dòng)提供了重要依據(jù)。 

最新成果論文題為《“慧眼”衛(wèi)星在黑洞X射線雙星MAXI J1820+070中發(fā)現(xiàn)了向外運(yùn)動(dòng)的冕》，由武漢大學(xué)、中科院高能所、中科院國(guó)家天文臺(tái)、南京大學(xué)、清華大學(xué)等研究人員共同完成。武漢大學(xué)天體物理中心游貝博士是第一作者，武漢大學(xué)王偉教授和中科院高能所張雙南研究員是共同通訊作者。 

黑洞X射線雙星研究歷史 

中科院高能所介紹說，早在上世紀(jì)60年代，天文學(xué)家就在銀河系中探測(cè)到X射線輻射源。在這些X射線源中，天鵝座X-1(Cygnus X-1)是第一個(gè)被認(rèn)為存在黑洞的雙星系統(tǒng)。此后隨著天文學(xué)發(fā)展，在銀河系中發(fā)現(xiàn)的黑洞X射線雙星系統(tǒng)越來越多。目前普遍認(rèn)為，在黑洞X射線雙星中，伴星物質(zhì)被黑洞引力捕獲，旋轉(zhuǎn)著逐漸向黑洞運(yùn)動(dòng)，形成吸積盤結(jié)構(gòu)，而在吸積盤內(nèi)區(qū)附近又會(huì)形成高溫冕。然而，冕在黑洞附近如何運(yùn)動(dòng)一直是致密天體研究中的一個(gè)未解之謎。 

熱冕對(duì)吸積盤照射強(qiáng)度的演化。研究團(tuán)隊(duì) 供圖

2018年3月，距地球大約1.13萬光年處的黑洞X射線雙星MAXI J1820+070發(fā)生爆發(fā)，而且在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間里是天空中最亮的X射線源之一，“慧眼”衛(wèi)星隨即對(duì)這個(gè)天體的爆發(fā)進(jìn)行高頻次觀測(cè)。 

2020年，中科院高能所領(lǐng)銜研究團(tuán)隊(duì)通過分析“慧眼”衛(wèi)星的時(shí)變數(shù)據(jù)，在MAXI J1820+070中發(fā)現(xiàn)迄今為止能量最高的低頻準(zhǔn)周期振蕩（QPO）信號(hào)，提供出從黑洞視界附近向外發(fā)出相對(duì)論噴流（向外高速運(yùn)動(dòng)的等離子體流）的觀測(cè)證據(jù)。 

近期，武漢大學(xué)天體物理中心領(lǐng)銜研究團(tuán)隊(duì)通過分析“慧眼”衛(wèi)星的能譜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)X射線輻射強(qiáng)度逐漸減小，亦即冕逐漸衰弱時(shí)，其對(duì)吸積盤的照射程度（即從冕出射的光子，照射到吸積盤和無窮遠(yuǎn)處的流量比值）也在減弱。研究團(tuán)隊(duì)指出，從冕中出射的X射線光子對(duì)吸積盤的照射強(qiáng)弱，依賴冕的運(yùn)動(dòng)速度以及黑洞的引力場(chǎng)。 

資料圖：低頻QPO起源于圍繞黑洞進(jìn)動(dòng)的高速噴流的藝術(shù)想象示意圖。中科院高能所“慧眼”衛(wèi)星團(tuán)隊(duì) 供圖

最新“冕王”研究確認(rèn) 

能逃脫黑洞引力的冕，當(dāng)然堪稱“冕王”，研究確認(rèn)其“加冕”頗受關(guān)注。 

研究團(tuán)隊(duì)指出，冕在黑洞吸積過程中如何運(yùn)動(dòng)尚不明確，以往的研究比較側(cè)重于理論，觀測(cè)證據(jù)相對(duì)較少。理論上，當(dāng)冕以相對(duì)論速度向外運(yùn)動(dòng)時(shí)，相對(duì)論性集束效應(yīng)會(huì)削弱冕對(duì)吸積盤的照射。 

該團(tuán)隊(duì)對(duì)同時(shí)期MAXI J1820+070的X射線時(shí)變分析顯示，當(dāng)X射線輻射流強(qiáng)逐漸下降時(shí)，冕的幾何尺度趨向黑洞收縮（即尺度在減?。欢娇拷诙?，引力彎曲效應(yīng)越強(qiáng)，吸積盤相對(duì)于冕的張角越大，冕輻射出的X射線光子本應(yīng)有更大比例照射到吸積盤上，增強(qiáng)冕對(duì)吸積盤的照射。 

資料圖：“慧眼”衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)離黑洞最近的噴流產(chǎn)生的準(zhǔn)周期調(diào)制信號(hào)的藝術(shù)想象示意圖。中科院高能所“慧眼”衛(wèi)星團(tuán)隊(duì) 供圖

這和研究團(tuán)隊(duì)對(duì)“慧眼”觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果相反，究竟是為什么？研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，目前這一現(xiàn)象最合理的解釋是：冕在收縮的同時(shí)，冕中的等離子體流正在以相對(duì)論速度向外運(yùn)動(dòng)。這為“慧眼”團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的離黑洞很近的相對(duì)論噴流提供了獨(dú)立的觀測(cè)證據(jù)和物理解釋。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，冕尺度越小，速度越大，因此冕物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)論性集束效應(yīng)抑制了黑洞的引力彎曲效應(yīng)。 

研究團(tuán)隊(duì)表示，此次“冕王”發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)的重要成果，第一次系統(tǒng)描繪出黑洞X射線雙星在爆發(fā)過程中，等離子體流逃離黑洞引力場(chǎng)的速度演化，對(duì)于理解黑洞吸積過程和相對(duì)論效應(yīng)意義重大。 

資料圖：“慧眼”衛(wèi)星首次探測(cè)到了能量在200keV以上的低頻QPO。中科院高能所“慧眼”衛(wèi)星團(tuán)隊(duì) 供圖

“慧眼”衛(wèi)星展示綜合優(yōu)勢(shì) 

這次最新的“冕”研究成果，是“慧眼”衛(wèi)星通過其時(shí)變數(shù)據(jù)，在MAXI J1820+070的黑洞視界附近發(fā)現(xiàn)以相對(duì)論速度向外運(yùn)動(dòng)的等離子體流及其進(jìn)動(dòng)過程，同時(shí)，利用“慧眼”衛(wèi)星能譜數(shù)據(jù)，也發(fā)現(xiàn)以相對(duì)論速度向外運(yùn)動(dòng)的等離子體流及其速度的演化。研究團(tuán)隊(duì)稱，這兩項(xiàng)相互印證的研究成果，展示出“慧眼”衛(wèi)星進(jìn)行寬能段時(shí)變和能譜研究的綜合優(yōu)勢(shì)。 

據(jù)了解，“慧眼”硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡（Hard X-ray Modulation Telescope，英文簡(jiǎn)稱HXMT）衛(wèi)星是中國(guó)第一顆空間天文衛(wèi)星（也稱空間天文望遠(yuǎn)鏡、空間天文臺(tái)），它既可以實(shí)現(xiàn)寬波段、大視場(chǎng)X射線巡天，又能夠研究黑洞、中子星等高能天體的短時(shí)標(biāo)光變和寬波段能譜，同時(shí)還是具有高靈敏度的伽馬射線暴全天監(jiān)視儀。 

資料圖：“慧眼”衛(wèi)星在太空的藝術(shù)想象圖。中科院高能所“慧眼”衛(wèi)星團(tuán)隊(duì) 供圖

作為中國(guó)首臺(tái)空間X射線望遠(yuǎn)鏡，“慧眼”衛(wèi)星于2011年正式進(jìn)入工程研制階段，2017年6月中旬發(fā)射成功，開展科學(xué)觀測(cè)。其攜帶高、中、低能三臺(tái)X射線望遠(yuǎn)鏡，主要科學(xué)目標(biāo)包括：搜尋銀盤面上的新的暫現(xiàn)源，監(jiān)測(cè)已知的變?cè)?；觀測(cè)X射線雙星以研究強(qiáng)引力場(chǎng)或強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)和輻射機(jī)制；監(jiān)測(cè)研究伽馬射線暴和引力波電磁對(duì)應(yīng)體。 

“慧眼”衛(wèi)星項(xiàng)目由中科院高能所提出并牽頭負(fù)責(zé)衛(wèi)星有效載荷、地面應(yīng)用系統(tǒng)和科學(xué)研究工作，它的成功發(fā)射和運(yùn)行，使中國(guó)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)激烈的高能天體物理觀測(cè)領(lǐng)域占有重要一席之地。