上海天文台在黑洞迷你爆发的研究取得新进展

——迷你爆发中的“低”与“不低”

  • 研究生部 (中国科学院上海天文台)
  • 创建于 2017-09-20
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  迄今为止,科学家们在银河系发现了大约60个黑洞双星系统,其中的绝大部分都是暂现源,也就是在大部分的时间里黑洞都处于宁静态,辐射光度(发光本领)非常低,突然某一天开始爆发,辐射光度随后可以增加成千上万倍甚至上百万倍,通常几个月之后又回到了宁静态。在这类系统中,在相当长的伴星演化时期里,由于黑洞强大的引力,伴星物质会发生转移,在黑洞周边形成吸积盘。在黑洞爆发期,物质吸积过程活跃,吸积盘内区的温度可以达到几百万度,从而发出强烈的X射线。 

  暂现源还存在一种迷你爆发,对应的光度和爆发时间都比主要爆发更小。但由于其光度低,持续时间短,目前对迷你爆发的观测研究还很少,对它的产生机制还不了解。近日,上海天文台的余文飞研究员带领的团队对GRS1739-279这颗暂现源的两次迷你爆发进行了研究,发现这两次迷你爆发中都存在经典的X射线能谱态跃迁,揭示了黑洞谱态跃迁产生的光度跨越了极大的范围,而且,低光度下的黑洞吸积流不止一种模式。目前,该工作已经发表在国际学术期刊《皇家天文学会月刊》上。 

  GRS1739-279的迷你爆发 

  GRS 1739-278就是一颗这样的黑洞暂现源,它的发现还要回到1996年它的爆发。2014年,人们探测到它的第二次爆发,而这是一次寻常的爆发,开始阶段和其它的黑洞暂现源爆发并无不同。但是在这次主要爆发结束后,它并没有完全回到宁静态,而是经历了至少两次迷你爆发。 

  “监测观测发现,这两个迷你爆发的光度和持续时间都比之前的主要爆发小十倍左右,这也是它们被称作迷你爆发的原因。”中国科学院大学岗位教授余文飞研究员介绍道,“这种迷你爆发在之前的黑洞暂现源中也被发现过,但对这种迷你爆发的观测并不多。” 

  发现:迷你爆发中存在经典的X射线能谱态跃迁 

  “我们的研究发现,在GRS 1739-278这次爆发中的两个迷你爆发中都存在经典的X射线能谱态跃迁,而这在过去发现的其他黑洞暂现源的迷你爆发中没有发现。”上海天文台的闫震副研究员说。他解释,之前人们观测到低光度吸积流并不能产生X射线能谱态跃迁,而我们在同样是低光度的迷你爆发中却看到了X射线能谱态跃迁,这表明了低光度吸积流并不是只存在一种模式。


     

图1. 在GRS 1739-278的2014年的爆发之后,发生了至少两次迷你爆发,其峰值光度和持续时间都比之前的主要爆发小十倍,但是和主要爆发一样,这两个迷你爆发过程中依然存在能谱态跃迁过程。

  发现:X射线能谱态跃迁光度“低”与“不低” 

  据闫震副研究员介绍,对应的X射线谱态跃迁光度远低于主要爆发中谱态跃迁的光度,之间相差10倍多。这也是第一次在单个黑洞中发现谱态跃迁的光度能相差10倍多。 

  但这样的跃迁光度也不低,因为还是比没有爆发现象的持续黑洞X射线双星要高(比如著名的天鹅座X1)。余文飞研究员说,“这个‘不低’就进一步支持了我们之前的观点,也就是黑洞暂现源中的X射线谱态跃迁光度主要由和爆发相关的过程决定的。” 

图2. 迷你爆发的态跃迁光度(横坐标)比主要爆发小十倍,但是依然大于持续黑洞X射线双星天鹅座X1。

  余文飞老师总结说:“这一次我们的工作揭示了黑洞谱态跃迁产生的光度跨越了极大的范围,而且,低光度下的黑洞吸积流不止一种模式,我们就看到了与之前解释不一样的模式。未来,我们还会继续探索,而且相信这种迷你爆发会成为今后研究低光度下黑洞吸积的重要研究对象。” 

责任编辑:蔡宁宁