HXMT與黑洞耀斑探索銀河系中心的歷史
該天文小組報告說,在今年2月9日的一次觀察中,他們探測到了最大的耀斑爆發,發出了「很少」的能量。「很少」只是相對於人馬座A*自身約為太陽40億倍的質量而言的。耀斑爆發原因目前尚不清楚。
當黑洞吞噬它附近的物質時,會以光的形式發出能量,通過探測這種光能探測到黑洞的存在。新生星系和類星體的中心通常極為明亮,正是其中心黑洞在吞噬周圍物質,發出了大量能量。隨著黑洞變老,吞噬速度會慢下來,「吃」得更少而變得更昏暗。「我們正在研究黑洞變老時會怎樣。」MIT科維理天體物理與太空研究所博士後喬伊·尼爾森說,「黑洞雖不像年輕的類星體,但仍然活躍。」
「人們會把黑洞想像成一個真空吸塵器,絕對地吸收一切物質。」MIT科維理研究所弗萊德里克·巴格諾夫說,「但在生長速度極低的情況下,它們變成了很挑剔的食客,出於某種原因,它們還會"吹走』大量能量。」
「不知道出於什麼原因,人馬座A*突然開始吃得更多。」MIT科維理研究所邁克爾·諾瓦克說,「對此的一個解釋是,在偶然情況下,一個小行星接近了黑洞,黑洞把它拉過去撕成了碎片,吞掉這些物質並轉化為輻射,如此就看到了這些明亮的大耀斑。」諾瓦克推測,儘管這種事件相對罕見,但耀斑爆發的頻率可能比科學家預想的更高。
研究小組還將再花一個多月的時間通過錢德拉望遠鏡來觀察人馬座A*,希望能發現更多的耀斑,並尋找這些周期性爆發的特徵以及導致爆發的可能原因。
加州大學洛杉磯分校天文學教授馬克·莫里斯說,儘管黑洞每天都會爆發一些亮度較小的耀斑,但最近這次這麼明亮的耀斑爆發極少探測到。「這些明亮耀斑為研究耀斑爆發過程提供了信息,比如耀斑期間的波動變化、光譜變化,以及增強減弱的速度等,這是從微弱耀斑無法獲得的。明亮耀斑有助於科學家構建出強耀斑的統計學特徵,最終通過這些特徵找到耀斑爆發的原因。」
巴格諾夫更關心的是黑洞發出的能量為何這麼少。2003年時,他用錢德拉望遠鏡進行了首次觀測,根據當時計算的人馬座A*周圍的氣體數量,它發出的光應該比現在觀察到的更亮100萬倍。這表明黑洞浪費了絕大部分物質,這部分物質很可能以其他方式被消耗掉了。但目前尚未找到合理解釋。
「我們確實研究過這種差異,可能由於絕大部分氣體逃逸了,但這不是我們所期望的。」巴格諾夫說,「我們正在拼湊發生在銀河系中心的歷史。」據香港《文匯報》2014年1月26日報道,英國著名物理學家霍金髮表震撼科學界的新論,他表示,在愛因斯坦廣義相對論中能吞噬萬物的黑洞根本不存在。
據報道,根據愛因斯坦廣義相對論,包括光在內的物質和能量穿過黑洞「事件視界」後,將因巨大重力而無法逃逸。然而霍金提出以「表觀視界」取代「事件視界」,吸向黑洞的物質會困在「表觀視界」,但最終會化為輻射逃出。由於沒「事件視界」,黑洞就不成立,應改稱為「灰洞」。
據報道,霍金提出新理論,是為解決困擾科學界的黑洞「防火牆悖論」。廣義相對論認為,事件視界是相對平靜的領域,物質穿過它、以自由落體形態墮入黑洞時,仍能保持完整,之後在墮向黑洞中心「奇點」過程中,才在重力拉扯中化為粉碎。但在2012年,有物理學家根據量子力學,提出「事件視界」是一個極高溫的能量帶,並稱之為「防火牆」,物質穿越時會立即被蒸發。這顯然與廣義相對論提出的假設相悖。
霍金22日在網上發表論文,提出第三種解釋,指黑洞沒「事件視界」,「表觀視界」才是黑洞的真正邊緣,它會隨黑洞內部的量子波動而改變大小形狀,堪稱極端物理狀態下的「灰色地帶」。外來物質沖向黑洞時,不會墮向奇點,而是暫時困在「表觀視界」,視界消失後就會釋放內里物質,只是它們已化為無法辨認的輻射粒子。按照霍金這說法,所謂黑洞既沒「奇點」,也沒「事件視界」,故應稱作「灰洞」。
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太空拍攝黑洞合併
國家重器投入使用!慧眼巡天,黑洞或現形2018-01-31新華社
1月30日,我國首顆X射線天文衛星「慧眼」正式交付,投入使用。
「慧眼」衛星工程是研究黑洞、中子星等緻密天體前沿問題的自主創新重大空間科學項目,對提高我國在空間科學領域的國際地位有重要意義。
"慧眼」於2017年6月發射成功,終於交付使用。這顆衛星上天到底是去幹嘛的呢?
黑洞,這個吞噬一切的神秘天體,魔咒一般地吸引著我們,從未停止。但是,50多年過去了,人類對黑洞的探索仍然處於初始階段。
為研究黑洞、中子星等高能緻密天體的基本物理性質以及對周圍時空的影響,中國科學院高能物理研究所和航天科技集團五院等單位研製了我國第一顆空間X射線天文衛星——硬X射線調製望遠鏡(HXMT)衛星。
HXMT衛星的科學目的是什麼?
它的觀測過程是怎樣的?
與其他天文衛星相比有什麼特點和突破?
未來會有哪些科研發現?
我們一起來聽聽中科院高能物理研究所粒子天體物理中心主任、中科院粒子天體物理重點實驗室主任、HXMT衛星首席科學家張雙南給我們的解答吧~
中科院高能物理研究所研究員、中科院高能物理研究所粒子天體物理中心主任、中科院粒子天體物理重點實驗室主任、HXMT衛星首席科學家張雙南
張雙南研究員介紹說,HXMT衛星目的就是接收來自天體的X射線,當然這種天體可以是中子星,也可以是黑洞。我們主要是希望尋找一些以前不知道的黑洞和中子星,同時,對已經知道的也進行觀測和研究,目的是用來拓展我們對於黑洞和中子星的知識。
在宇宙中,當物質被緻密天體的引力俘獲後,會以螺旋運動掉向中心天體,速度越來越快,溫度越來越高,最後會發出強烈的、比一般X射線能量高的硬X射線。
雖然X射線穿透能力比較強,但也不能穿透地球大氣,所以我們必須要到地球大氣層以外才有可能探測到來自天體的X射線。
克服重重困難自主研發空間天文衛星
早在20世紀70年代,中國就已經開始了X射線天文觀測。中科院高能所利用高空氣球搭載X射線望遠鏡,在40公里高空對X射線脈衝星、黑洞等類型的天體進行了觀測研究,HXMT衛星正是在氣球實驗的基礎上提出和研製的。
為了完成這樣的一個科學裝置,科學家們前前後後共努力了差不多20年的時間,克服了各方面出現的困難,歷經了項目經驗不足、經費不足、人才不足、技術要求高等困難,才走到了今天。
為什麼一定要研製它?
張雙南老師介紹,空間天文望遠鏡實際上開創了人類探索宇宙的一個窗口。人類在開創了這個領域之後,人類就發射了各種各樣的天文衛星,也包括我們很熟悉的哈勃天文衛星,所以人類對宇宙的探索是不會停止的,會一直進行的。
特點:能量覆蓋面積廣、儀器幾何面積大、望遠鏡視場寬
張雙南老師具體解釋說,首先,這個X射線的儀器覆蓋範圍比較廣,很少有這樣衛星能有這樣寬的光子覆蓋範圍。
HXMT衛星運行示意圖
另外,我們儀器的幾何面積比較大。比如,高能段儀器的幾何面積達到了5000平方厘米,這是在這個能量段最大的面積。
此外,望遠鏡的視場比較寬,適合做一些天體物理的研究。比如,我們將會對中子星和黑洞進行非常高統計量、高波段的研究,這是以前的天文望遠鏡或者X射線望遠鏡比較難做到的。我們會對銀河系進行巡天的工作,來搜尋銀河系內有多少像這樣的比較暗弱、隨時間變化的天體,這對我們理解銀河系內的中子星和黑洞都是非常重要的。
它和其他望遠鏡不同,並不是說它比其他的望遠鏡好,而是指在某些方面有自己的特色,在這些方面我們能夠做得好一些,所以我們的科學觀測也就圍繞著優勢進行。
三種觀測模式:掃描巡天、定向觀測和定點監測
HXMT衛星的觀測主要是有三種模式。簡單來說就是,掃描巡天模式、定向觀測的模式和伽馬射線暴監測模式。
首先,掃描巡天模式。我們預測銀河系裡有很多中子星和黑洞,但是它們在哪裡,都是什麼樣子的,很多都還沒有發現,所以這個衛星會對銀河系進行掃描和巡天的工作;
其次,定向觀測模式。我們已經知道了一些天體源,或者通過巡天發現的天體源,我們會用望遠鏡指向它,這就叫做定向觀測;
最後,伽馬射線暴監測模式。這相當於守株待兔的模式,如果有一些非常強烈的伽馬射線暴被發現,儀器就會監測到這個高流量的信號到達,我們會來提供一個警報來進行後續的觀測等等。
獲取一手數據
未來有望取得的進展
觀測後,HXMT衛星主要在四個方面有可能取得比較大的進展:
第一,預計會發現一批新的天體源,主要是中子星和黑洞為主的新的高能天體;
第二,對一批比較亮的中子星和黑洞進行定點觀測;
第三,我們有可能會對中子星和黑洞的基本的性質,比如中子星的磁場和中子星的質量、黑洞的質量和黑洞的自轉等做出新的測量,也可以了解它們為什麼會有各種各樣的活動性;
第四,對宇宙進行「監視」,我們預期每年能發現幾十個到幾百個伽馬射線暴,當然如果有些伽馬射線暴將來能和引力波事件建立關係,將會成為比較重要的進展。
必須指出,科學研究中不乏意外收穫,我們十分期待HXMT能帶來意外的驚喜~
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