天文台快遞 | 一個暫現黑洞的爆發

如果一個黑洞和一顆小質量恆星由引力聯繫，彼此相互繞轉，會發生什麼？小質量恆星的物質會被黑洞當成食物一點點吞噬，由於角動量（轉動的能力）守恆，物質流一邊旋轉一邊向黑洞中心下落，由於粘滯作用在黑洞周圍形成一條腰帶，稱為吸積盤。

大多數情況下，由於這些氣體僅發出了暗弱的光,即使借用望遠鏡，也無法觀測到黑洞附近物質的輻射。但當吸積盤的物質積累到一定程度時，盤會變得不穩定，於是黑洞得以大吃一頓，下落物質的引力能轉化為光和熱，產生非常明亮的爆發。這樣的爆發罕見，平均每年地球觀測者只能觀測到銀河系內3次明亮的爆發。通常，這種爆發會在十幾天的時間內亮度增加成千上萬倍，然後在幾周到幾個月的時間內慢慢變暗。

有時候，在爆發的過程，黑洞會將一部分物質從吸積盤的中心區域以極高的速度噴射出去，形成噴流；有時噴流反而是間歇性的，好比黑洞打個飽嗝。但黑洞如何打飽嗝——間歇性噴流的產生和熄滅的機制至今還是一個未解之迷，人們認為可能和黑洞的自旋或者吸積過程有關係。近日，在已發現的幾十個這類雙星系統中，上海天文台余文飛研究員領導的研究小組針對近十年爆發較頻繁的一個名為H1743-322的黑洞雙星系統，監測到它的一次爆發，並開展了地空協同觀測，旨在研究在爆發過程中黑洞噴流是如何產生、發射和熄滅的，以及探索噴流功率來源等科學問題。

這類黑洞雙星系統的想像圖。來自伴星的物質在流向黑洞過程中形成吸積盤。黑洞吸積物質會釋放出寬頻譜或波長的輻射，被天文望遠鏡觀測到。其中一部分物質會由黑洞向盤面兩端噴射出來，形成所謂噴流。圖片來自於ESA/ATG 媒體實驗室。

「我們今年2月底利用國際空間X射線望遠鏡數據，監測到H1743-322的一次新爆發（Astronomer"s Telegram #8751）。」高能觀測組的負責人余文飛研究員說，「因為爆發的輻射包括了來自於吸積盤和噴流的多波段輻射，所以需要進行同時多波段觀測研究這個過程。」

據余文飛研究員介紹，探測到爆發後，他們提出歐美SWIFT天文衛星系列機遇觀測，通過這些觀測獲得黑洞的能譜並探測到准周期振蕩現象，據此及時預警可能的從黑洞硬態向軟態的能譜躍遷（ATel #8800）。

「SWIFT衛星觀測有助於我們研究噴流的寬波段輻射，確認這次爆發產生的持續緻密噴流輻射，能否延伸到光學甚至紫外波段。」該團隊負責光學和紫外觀測的閆震副研究員介紹。

另外，該團隊負責研究噴流射電輻射的張惠副研究員補充道：「由於通常在黑洞譜態從硬態到軟態的過程中，會伴隨一類間歇性的噴流。於是我們進一步提出了SWIFT衛星和射電甚長基線干涉陣列VLBA的協同觀測，因為只有這類長基線射電干涉陣列望遠鏡有足夠的解析度探測這種噴流。這個黑洞雙星中也僅有兩次間歇性噴流產生的射電閃耀被其他國際同行觀測到。我們希望抓住機會，在該源的這次爆發中捕捉到間歇性噴流。」

「此次黑洞爆發的發現是我們團組自2014年來第四次發現離我們最近的河內黑洞和中子星暫現雙星的新爆發。」高能觀測課題組的負責人余文飛研究員說。

其實，早在2014年9月，該團組提出自主觀測，經歷了與國際上其他本來就擁有更多觀測資源的團組的激烈競爭，成功使用具有快速反應能力的空間多波段天文望遠鏡SWIFT、當時國際最大面積的X射線天文望遠鏡XMM-NEWTON，以及地面大型射電望遠鏡陣列Jansky VLA對黑洞雙星H1743-322進行了同時觀測，期望得到噴流的相對論進動模式的觀測證據。

中國國家天文

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