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美國國家航空航天局的IXPE詳細描述了新發現黑洞的結構形狀

美國

據美國國家航空航天局（貝絲·里奇韋）：美國國家航空航天局的IXPE（成像X射線偏振探測器）幫助天文學家更好地了解了黑洞所必需的結構的形狀，特別是圍繞它旋轉的物質盤和被稱為日冕的移動等離子體區域 。
恒星質量黑洞是Swift J1727.8-1613雙星系統的一部分，于2023年夏天在一次不尋常的增亮事件中被發現，這一事件曾短暫地使它的亮度超過了幾乎所有其他X射線源 。這是IXPE在經歷像這樣的X射線爆發的開始、峰值和結束時首次觀測到的此類事件 。

美國國家航空航天局的IXPE詳細描述了新發現黑洞的結構形狀


這幅圖顯示了美國國家航空航天局的成像X射線偏振測量探測器（IXPE）航天器，位于左下角，從遠處觀察新發現的雙星系統Swift J1727.8-1613 。中心是一個黑洞，周圍是一個吸積盤，顯示為黃色和橙色，以及一個熱的、移動的日冕，顯示為藍色 。黑洞正在從其伴星中吸出氣體，在黑洞后面看到的是一個紅色球體 ?？焖僖苿拥倪^熱粒子從黑洞的兩極噴出 。圖片來源：Marie Novotná
Swift J1727是《天體物理學雜志》和《天文學與天體物理學》上發表的一系列新研究的主題 。科學家們表示，這些發現為黑洞X射線雙星系統的行為和演化提供了新的見解 。
芬蘭圖爾庫大學的天體物理學家Alexandra Veledina說：“這次爆發發展得非常快 。” ?！皬奈覀兊谝淮翁綔y到爆發開始，Swift J1727只花了幾天時間就達到了峰值 。到那時，IXPE和許多其他望遠鏡和儀器已經在收集數據 。在爆發恢復不活動的過程中一直觀察到爆發令人興奮 ?！?br>直到2023年底，Swift J1727短暫地保持比蟹狀星云更亮，蟹狀星云是用于提供X射線亮度單位基線的標準X射線“蠟燭” 。這種爆發在雙星系統中并不罕見，但很少發生在如此明亮和離家如此近的地方——距離地球只有8800光年 。該雙星系統是為了紀念斯威夫特伽馬射線爆發任務而命名的，該任務最初于2023年8月24日用其爆發警報望遠鏡探測到爆發，從而發現了黑洞 。
X射線雙星系統通常包括兩顆處于不同生命周期階段的近距離恒星 。當老恒星耗盡燃料時，它會爆炸成超新星 ， 留下中子星、白矮星或黑洞 。在Swift J1727的例子中，由此產生的黑洞的強大引力從其伴星上剝離了物質，將物質加熱到180多萬華氏度，并產生了大量的X射線 。這種物質形成了一個吸積盤，可以包括一個過熱的日冕 。在黑洞的兩極，物質也可以以相對論射流的形式從雙星系統中逃逸 。
IXPE幫助美國國家航空航天局和研究人員研究了所有這些現象，專門研究X射線偏振 ， 這是一種光的特性，有助于繪制這種超強能源的形狀和結構，即使它們離我們太遠而無法直接看到，也能照亮它們的內部運作 。
美國國家航空航天局天體物理學家亞歷山德拉·維勒迪納：“因為光本身無法逃脫它們的引力，所以我們看不到黑洞 。我們只能觀察周圍發生的事情，并對那里發生的機制和過程得出結論 。IXPE對這項工作至關重要 ?！?br>“因為光本身無法逃脫它們的引力，所以我們看不到黑洞，”Veledina說 ?！拔覀冎荒苡^察它們周圍發生的事情，并對那里發生的機制和過程得出結論 。IXPE對這項工作至關重要 。”
由Veledina和英格蘭泰恩河畔紐卡斯爾大學的研究員Adam Ingram領導的兩項基于IXPE的Swift J1727研究側重于爆發的第一階段 。在源變得異常明亮的短短幾個月內 ， 日冕是觀測到的X射線輻射的主要來源 。
Veledina說：“IXPE記錄了沿黑洞射流估計方向傳播的X射線輻射的偏振，因此熱等離子體在吸積盤平面內延伸 。” ?！霸诔掷m存在的黑洞雙星天鵝座X-1中也報告了類似的發現，因此這一發現有助于驗證短壽命爆發系統的幾何形狀是相同的 。”
該團隊進一步監測了Swift J1727峰值爆發期間極化值的變化 。這些結論與電磁輻射其他能帶研究中同時獲得的發現相吻合 。
由布拉格捷克科學院的研究人員JiříSvoboda和Jakub Podgorný領導的第三項和第四項研究側重于Swift J1727爆發第二部分的X射線偏振，并在幾個月后恢復到高能狀態 。由于波德戈尼之前使用IXPE數據和黑洞模擬的努力，他最近獲得了捷克共和國自然科學博士論文最高國家獎 。
極化數據表明，日冕的幾何形狀在爆發的開始和結束之間沒有顯著變化，盡管該系統在此期間發生了演變，X射線亮度在后期的能量狀態下急劇下降 。
這些結果標志著我們在理解吸積盤、日冕和黑洞相關結構的變化形狀和結構方面邁出了重要的一步 。這項研究還展示了IXPE作為確定系統所有這些元素如何連接的工具的價值，以及它與其他天文臺合作監測宇宙突然、劇烈變化的潛力 。
“需要對雙星系統中黑洞附近的物質進行進一步的觀測，但Swift J1727.8-1613在不同狀態下的首次成功觀測活動是我們可以想象的新篇章的最佳開端，”該系列論文的合著者、IXPE恒星質量黑洞工作組組長Michal Dovčiak說，他也在捷克科學院進行研究 。
關于IXPE
IXPE繼續提供前所未有的數據，使人們能夠對宇宙中的天體進行突破性的發現，這是美國國家航空航天局和意大利航天局與12個國家的合作伙伴和科學合作者的聯合任務 。IXPE由位于阿拉巴馬州亨茨維爾的美國國家航空航天局馬歇爾太空飛行中心領導 。Ball Aerospace總部位于科羅拉多州布魯姆菲爾德，與科羅拉多大學博爾德分校的大氣和空間物理實驗室共同管理航天器運營 。