北京
微類(lèi)星體是由恒星級(jí)黑洞或中子星與普通恒星組成的雙星系統(tǒng)。微類(lèi)星體中的黑洞在“進(jìn)食”伴星時(shí)，周?chē)鷷?huì)形成旋轉(zhuǎn)的吸積盤(pán)以及高速?lài)娏鳌＝冢袊?guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)聯(lián)合新疆天文臺(tái)，首次在同一個(gè)黑洞系統(tǒng)中，清晰觀(guān)測(cè)到方向相差超40°的兩種噴流。這一現(xiàn)象背后的原因竟是黑洞的“餐盤(pán)”——吸積盤(pán)被引力強(qiáng)行扭曲。
科研團(tuán)隊(duì)利用東亞VLBI網(wǎng)，對(duì)微類(lèi)星體GRS 1915+105進(jìn)行高分辨率觀(guān)測(cè)，揭示了外部大質(zhì)量天體引力擾動(dòng)可能導(dǎo)致黑洞吸積盤(pán)扭曲的物理機(jī)制，為理解黑洞復(fù)雜的噴流形成過(guò)程提供了關(guān)鍵觀(guān)測(cè)證據(jù)。
01
兩道異常的噴流
GRS 1915+105是此前研究最深入的黑洞微類(lèi)星體之一，以視超光速?lài)娏鳜F(xiàn)象而聞名。自1992年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，它的噴流在天空投影方向（方位角）始終穩(wěn)定在147°附近，幾乎沒(méi)有變化。
而在2023年的兩次射電爆發(fā)中，團(tuán)隊(duì)觀(guān)測(cè)到了前所未有的現(xiàn)象：在6.7GHz圖像中，可清晰分辨出雙向離散噴流，方向約188°；在43GHz圖像中，探測(cè)到中心連續(xù)噴流，方向仍保持傳統(tǒng)的約147°；兩者方位角相差超過(guò)40°；離散噴流速度僅約0.35倍光速，遠(yuǎn)低于此前報(bào)道的接近光速的水平。
這種穩(wěn)定噴流與偏離噴流共存的罕見(jiàn)現(xiàn)象，在同一黑洞系統(tǒng)中重復(fù)出現(xiàn)，直接指向吸積盤(pán)發(fā)生了異常。
▲微類(lèi)星體GRS 1915+105的連續(xù)噴流和離散噴流出現(xiàn)在不同的方位角
02
破解雙噴流奇觀(guān)謎團(tuán)
為什么同一個(gè)黑洞會(huì)噴出方向完全不同的噴流？
團(tuán)隊(duì)結(jié)合數(shù)值模擬與理論分析給出了解釋?zhuān)?strong>一顆大質(zhì)量天體從該微類(lèi)星體系統(tǒng)附近掠過(guò)，產(chǎn)生強(qiáng)大的引力潮汐作用，使原本平整的黑洞吸積盤(pán)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
▲微類(lèi)星體GRS 1915+105中扭曲的黑洞吸積盤(pán)與噴流示意圖（來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)）
模擬顯示，當(dāng)吸積盤(pán)偏轉(zhuǎn)后，靠近黑洞的吸積盤(pán)內(nèi)區(qū)受到黑洞的巴丁-佩特森效應(yīng)作用，被迅速“拉回”，并與黑洞自旋方向?qū)R，使連續(xù)噴流保持原方向；而翹曲的盤(pán)塊物質(zhì)，在向內(nèi)傳播過(guò)程中，沿著局部自轉(zhuǎn)軸方向發(fā)射離散拋射物，形成方向偏離的離散噴流。
上述模型解釋了同一系統(tǒng)中出現(xiàn)方向迥異的兩類(lèi)噴流的成因，為理解黑洞吸積系統(tǒng)的復(fù)雜物理過(guò)程提供了新視角。
這項(xiàng)研究揭示了GRS 1915+105在遮蔽階段的獨(dú)特物理過(guò)程，為理解黑洞吸積系統(tǒng)在不同狀態(tài)下的噴流形成機(jī)制提供了重要線(xiàn)索，并在觀(guān)測(cè)上厘清了連續(xù)噴流與離散噴流的本質(zhì)差異，為解釋X射線(xiàn)雙星、“變臉”活動(dòng)星系核等天體的瞬變現(xiàn)象提供了新思路。
論文鏈接：
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae5186
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)
責(zé)任編輯：閆文藝 麻澤蓉
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