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十幾年前，天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)來(lái)自一個(gè)超大質(zhì)量黑洞的X射線準(zhǔn)周期震蕩信號(hào)——“黑洞的心跳“。十幾年后，當(dāng)天文學(xué)家再次有機(jī)會(huì)觀測(cè)這個(gè)黑洞時(shí)，發(fā)現(xiàn)這個(gè)信號(hào)仍在持續(xù)。這項(xiàng)研究工作由國(guó)家天文臺(tái)高能天體物理團(tuán)組主導(dǎo)，合作者包括英國(guó)杜倫大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，相關(guān)成果6月10日發(fā)表于《英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)月刊》。

這個(gè)特殊的黑洞被命名為RE J1034+396,是一個(gè)距離地球6億光年，具有2百萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞。2007年，科學(xué)家們利用歐洲宇航局的XMM-牛頓衛(wèi)星，首次發(fā)現(xiàn)這個(gè)黑洞的X射線輻射具有一小時(shí)左右的周期性震蕩信號(hào)。2011年以后，由于該黑洞的視線方向離太陽(yáng)太近，對(duì)其心跳信號(hào)的監(jiān)測(cè)也停止了。直到2018年，科學(xué)家們?cè)俅斡袡C(jī)會(huì)對(duì)這個(gè)黑洞開(kāi)展觀測(cè)。研究團(tuán)隊(duì)向歐洲宇航局和美國(guó)宇航局申請(qǐng)使用XMM-牛頓衛(wèi)星、“核光譜望遠(yuǎn)鏡陣列”衛(wèi)星和“雨燕”衛(wèi)星，對(duì)RE J1034+396開(kāi)展聯(lián)合觀測(cè)，并于2018年10月順利完成了所有觀測(cè)任務(wù)。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析，該團(tuán)隊(duì)最終確認(rèn)，RE J1034+396的X射線震蕩信號(hào)仍然存在，并且比10年前更強(qiáng)了!這是目前觀測(cè)到的超大質(zhì)量黑洞心跳信號(hào)的最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間。

央視

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宇宙中存在大量的具有百萬(wàn)至上億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞。電影《星際穿越》里的“卡剛圖雅”黑洞就是這樣一個(gè)大黑洞。漂浮在星際空間中的物質(zhì)會(huì)被黑洞的引力所俘獲，在逐漸落入黑洞的過(guò)程中，會(huì)形成一個(gè)圓盤(pán)狀的結(jié)構(gòu)，并在黑洞周?chē)苄〉目臻g里釋放大量的能量，從而產(chǎn)生很強(qiáng)的高能輻射，比如X射線。但是，這種高能輻射的周期性重復(fù)信號(hào)卻極少被發(fā)現(xiàn)。這種信號(hào)的周期攜帶了關(guān)于黑洞視界附近的物質(zhì)尺度和結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵信息。

據(jù)了解，目前已知的一個(gè)能夠產(chǎn)生類(lèi)似心跳信號(hào)的黑洞，是一個(gè)位于銀河系旋臂內(nèi)，被稱(chēng)為GRS 1915+105的小黑洞。該黑洞的質(zhì)量?jī)H為12個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，正快速地從其旁邊的一顆恒星吸收物質(zhì)，并以67赫茲左右的“心率”產(chǎn)生X射線心跳信號(hào)。通過(guò)簡(jiǎn)單的質(zhì)量對(duì)比，科學(xué)家們估算了RE J1034+396的“理論心率”，發(fā)現(xiàn)和“實(shí)測(cè)心率”很一致。

論文第一作者兼通訊作者金馳川研究員表示：“這個(gè)心跳信號(hào)非常美秒!它首次證明來(lái)自超大質(zhì)量黑洞的這類(lèi)周期性信號(hào)可以長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，并為我們提供了深入研究其物理機(jī)制和起源的重要線索和絕佳機(jī)會(huì)。RE J1034+396也可以成為我國(guó)下一代X射線天文衛(wèi)星，比如愛(ài)因斯坦探針等衛(wèi)星的重要觀測(cè)目標(biāo)之一。

目前，該研究團(tuán)隊(duì)正對(duì)多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，以期對(duì)該心跳信號(hào)的性質(zhì)有更多了解，并與銀河系內(nèi)的小質(zhì)量黑洞作對(duì)比，從而獲得對(duì)黑洞視界附近的物理過(guò)程的更深刻理解。

帥俊全/央視新聞