“中国天眼”FAST 已经发现了 883 颗脉冲星

“中国天眼”FAST 已经发现了 883 颗脉冲星 图片截自央视新闻频道那么，脉冲星究竟是什么？为什么要大费周章地找，找到以后又有什么用呢？今天咱们就来仔细聊聊，顺便再跟大家分享点关于 FAST 的小八卦。脉冲星是指疯狂闪烁的星吗？先说说“脉冲星”。从地球看来，脉冲星是周期性地闪烁电磁脉冲的天体，脉冲间隔极短，从几毫秒到上百秒不等。不过，脉冲星并不是真的在闪烁，所谓脉冲，只是脉冲星以发疯般的速度旋转造成的假象。那脉冲星是怎么来的呢？其实是恒星“内心拉扯”的结果。我们肉眼能看到的“正常”恒星，内部都有两股力量在相互抗衡：引力驱使恒星物质向核心坠落，而核聚变释放的能量则把物质向外推。核聚变的燃料总有用完的一天，所以引力总能最终赢得这场角力。当一颗大质量恒星（例如，超过 8 倍太阳质量）最终耗尽所有燃料时，它就会向中心坍缩，发生猛烈的内爆，再向外弥散，迸发出一朵绚烂的“烟花”。这个过程叫做“超新星爆发”。北宋至和元年（1054 年），金牛座的“天关”星宿附近爆发过一颗超新星，白天可见 23 天，夜晚可见 22 个月。这起超新星爆发被中国的天文学家记录下来，史称“天关客星”。尘烟散去，在恒星原来的位置，可能会留下一颗非常致密的天体中子星。在其内部，原子结构不复存在，电子被压入原子核，与质子结合为中子。中子星的质量超过 1.4 个太阳，直径却只有十几公里。换句话说，每立方厘米的中子星物质，相当于全球人类的质量总和！中子星还继承了恒星残余质量的旋转角动量。在同样的角动量下，转速与半径的平方成反比。我们每每看到，冰舞运动员在旋转时把双臂收拢或举到头顶，就会猛然滴溜溜地转得飞快。同理，当恒星坍缩为中子星后，转速会成亿倍地飙升。脉冲星的射电脉冲扫过地球。Michael Kramer制作中子星具有强磁场，驱动其周围的带电粒子，发出强烈的射电辐射束，从它的两个磁极喷涌而出。如果随中子星自转的辐射束正好扫过地球，我们就能测到周期性的射电脉冲，就好比某些迪厅的特效灯总是在转圈圈，虽然灯光一直开着，但从一个方向看过去就时亮时暗。嗯，这么一比喻，那脉冲星可以说属于是恒星的遗体在自己坟头蹦迪了……前面提过的天关客星，就留下了一颗周期 33 毫秒（每秒自转 30 圈）的脉冲星，抛散出的渐冷烟花则是著名的蟹状星云。蟹状星云。图源NASA在全球发现的 3000 多颗脉冲星中，绝大多数是中子星，但也有 2 颗是白矮星（还保有原子结构的低质量恒星遗骸）：天蝎座 AR 和宝瓶座 AE。FAST 可不是“快”的意思大部分脉冲星在可见光波段没有显著辐射，而在射电波段看起来比较亮。幸运的是，在地球这边，大气层对射电波段相当优待，透明度极高，所以射电望远镜特别适合在地面上观测脉冲星。地球大气层对各波长电磁波的屏蔽。图源 NASA接下来就说说咱们的 FAST。FAST 的名字来自“500 米口径球面射电望远镜”（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope）的英文缩写。这座巨型单碟射电望远镜坐落在贵州省平塘县大窝凼（dàng），依照喀斯特地貌的天然洼地而建，2011 年开工，2016 年落成，是目前世界第一大的全口径均有反射面的射电望远镜（俄罗斯的 RATAN-600 口径虽有 576 米，却只有细细一圈反射环）。FAST 鸟瞰。图源 FAST 官网顺便说说，大家可能觉得 FAST 这个缩写听起来很酷，而全称却显得太直白了。没办法，“缩写不明觉厉，全称真没创意”这是天文界的传统，比如 TMT 是“30 米望远镜”，VLT 是“甚大望远镜”，ELT 是“特大望远镜”，EELT 是“欧洲特大望远镜”。韦布空间望远镜听起来是不是还算正常？可它最初的名字其实是“下一代空间望远镜”（相对于哈勃而言）……为什么射电望远镜都这么大？这是因为在相同的分辨率需求下，要观测的波长越长，“锅”的口径就得越大，不然就看不清了。在红外波段工作的韦布望远镜比主攻可见光的哈勃望远镜口径要大（6.5 米 vs 2.4 米），而射电望远镜要观测的波段，比这俩还要高 5、6 个数量级，那是真非往大了整不可了，口径就是正义用在这里是一点都没错。细心的读者可能还有两个疑问：①球面实际上无法将遥远星光汇聚到单一焦点，得用抛物面才行，FAST 为何要做成球面望远镜？②一口大锅这么摆在地上，岂不是只盯着天顶一点，就算随着地球自转，也只能扫描天顶所在的这个圆？实际上，这是一个常见的误解，也是科普的时候使用简略类比带来的负面影响。因为形状的关系，我们很喜欢把各类射电望远镜称为“锅”。但是这样一来，我们的思维也会被误导，容易觉得 FAST 也像咱们家炒菜的大铁锅一样，硬邦邦一整个，形状不会改变，但实际上，FAST 的身段灵活得很。FAST 由 4450 片反射板拼成，通过电机驱动，这些反射板能够改变姿态，当一片区域的反射板在统一指挥下规律地调整，就能在“锅”里泛起一片“涟漪”，改变镜面的形状。经“FAST 之父”南仁东和团队的计算，只需和球面偏离 0.47 米，就可以把口径 300 米的球面改成抛物面，把射电信号聚焦在一点。所以，在任意时刻，FAST 只有一片口径 300 米的圆形工作区域。通过反射板的齐心协力地调整，这个工作区能在“锅”里自如“漂移”，所以可观测天区的范围相当广。倘若保持完整的 300 米口径，能从北纬 52.2°（工作区紧贴锅南沿）观测到南纬 0.6°（工作区紧贴锅北沿）。如果愿意牺牲一点有效口径，则可以覆盖北纬 65.8° 到南纬 14.2° 的天空。FAST 光路，黄色虚线是抛物面工作区·图源南仁东《FAST项目介绍》观测脉冲星有什么实际应用？FAST 发现这么多脉冲星，那么观测脉冲星有什么实际应用？它的用处还真不少。当脉冲星发来的信号穿越星际时，会被沿途的电离气体阻碍，造成延迟。路程越长，电离气体越多，迟到越厉害。如果知道了脉冲星离我们有多远，再通过精密测量延迟的程度，就能反推信号沿途的星际介质分布情况。影响脉冲星信号的还有磁场，当电磁信号经过磁场时，它的偏振属性会被改变，磁场越强，改变幅度越大。测量信号的偏振，能够反推信号沿途的磁场分布情况。当超大质量天体扰动时空时，会产生引力波，改变脉冲星信号到达我们的时间。所以通过精确测量脉冲星周期的起伏，可以探测引力波。倘若能发现脉冲星-黑洞双星系统，观测一个稳定输出的天体和一个扭曲时空的天体如何搅拌乾坤，就更能检验广义相对论的预言，大大推动基础物理研究。脉冲星的自转周期非常稳定，有些在长期表现上堪与原子钟媲美，并且它们“永不断电”，可比原子钟皮实多了。将脉冲星和原子钟结合起来，可以建立长时间稳定的精准时间系统，甚至用于星际导航。旅行者“地球之声”金唱片左下方以14颗脉冲星指示太阳系的方位。图源NASA最后总结一下，FAST和它发现的脉冲星们，会帮助我们更好地认识宇宙，而这些发现，说不定有朝一日还能够帮助人类在星海中航行。 ... PC版： 手机版：

天文学家首次成功测量了太空中快速运动的喷流速度

天文学家首次成功测量了太空中快速运动的喷流速度 这幅艺术家的印象图描绘了中子星上的核爆炸如何为从其磁极区喷射出的喷流提供能量。前景右侧中央有一个非常明亮的白球，代表中子星。白色/紫色细丝从它的极区流出。球的周围是一个朦胧的白色大球，即日冕，再往外则是一个圆盘，圆盘上有不同颜色的同心带，从圆盘内部的白色到中间的橙色，再到外部的红-洋红。一条橙色带将圆盘的外围部分与左上角的一个黄色-橙色-红色的大球体部分连接起来。这代表了中子星的伴星，为明亮的白色球体周围的圆盘提供能量。资料来源：Danielle Futselaar 和 Nathalie Degenaar，阿姆斯特丹大学安东-潘内科克研究所共同作者、华威大学物理系华威奖研究员雅各布-范登-艾因登（Jakob van den Eijnden）说："爆炸发生在中子星上，中子星密度惊人，因其巨大的引力而臭名昭著，这种引力使中子星从周围环境中吞噬气体只有黑洞才能超越这种引力。""这些物质大部分是来自附近一颗环绕运行的恒星的氢，它们向坍缩的恒星旋转，像雪一样落在恒星表面。随着越来越多的物质倾泻而下，引力场将其压缩，直至引发失控核爆炸。爆炸冲击喷流，喷流也从下坠的物质中喷射而出，并以极高的速度将粒子射入太空"。研究小组设计了一种方法，通过比较澳大利亚望远镜紧凑阵列（由澳大利亚国家科学机构CSIRO拥有和运营）和欧洲航天局（ESA）的Integral卫星接收到的X射线和无线电信号，来测量喷流的速度和特性。共同作者、意大利巴勒莫国家天体物理研究所的托马斯-罗素说："这为我们提供了一个完美的实验。我们有一个非常短暂的额外物质脉冲，它被射入喷流中，我们可以跟踪它在喷流中的移动，了解它的速度。"这段艺术动画展示了中子星上的核爆炸如何为其磁极区喷射出的射流提供能量。当中子星与另一颗恒星在轨道上运行时，中子星强大的引力场会"吸走"附近伴星的物质。这些物质卷向坍缩的天体，围绕着它形成一个圆盘，最终坠落到天体表面。中子星表面猛烈撞击的引力会压缩积累的物质（主要由氢组成），导致失控核爆炸。这反过来又引发喷流突然加强，并以极高的速度将粒子喷射到太空中。图片来源：ESA - 欧洲航天局 鸣谢：D：阿姆斯特丹大学的 D. Futselaar 和 N. Degenaar。工作由 ATG Medialab 根据与欧空局的合同完成Jakob van den Eijnden 补充说："这些爆炸每隔几个小时就会发生一次，但无法准确预测它们发生的时间。因此必须长时间盯着望远镜观测，希望能捕捉到几次爆发。在三天的观测中，我们看到了 10 次爆炸和喷射点亮。"喷射的飞行速度约为每秒 11.4 万公里，是光速的 35-40%，快得令人难以置信。这是天文学家第一次能够预测并直接观察到一定量的气体是如何被导入喷流并加速进入太空的。共同作者、荷兰阿姆斯特丹大学的 Nathalie Degenaar 继续说："根据以前的数据，我们认为爆炸会破坏射流发射的位置。但我们看到的情况恰恰相反：喷流的输入量很大，而不是中断。"研究人员认为，中子星和黑洞的质量和旋转也会对喷流产生影响。现在，这项研究已经证明这是可能的，它将为未来研究中子星及其喷流的实验提供蓝本。超新星爆炸和伽马射线暴等灾难性事件也会产生喷流。这项新成果将在许多宇宙研究中具有广泛的适用性。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

比一千个太阳还亮 科学家揭示恒星超级耀斑异常行为背后的物理学原理

比一千个太阳还亮 科学家揭示恒星超级耀斑异常行为背后的物理学原理 太阳耀斑和超级耀斑的物理原理被认为是相同的：磁能的突然释放。超级耀斑恒星具有更强的磁场，因此耀斑也更亮，但有些恒星却表现出一种不寻常的行为最初亮度增强，持续时间很短，随后出现持续时间更长但强度较低的二次耀斑。夏威夷大学天文研究所博士后研究员杨凯和副教授孙旭东领导的研究小组建立了一个模型来解释这种现象，该模型发表在《天体物理学报》上。"通过将我们学到的有关太阳的知识应用到其他更冷的恒星上，我们能够确定驱动这些耀斑的物理原理，尽管我们永远无法直接看到它们，"杨说。"这些恒星的亮度随时间的变化实际上帮助我们'看到'了这些耀斑，它们实在是太小了，无法直接观测到。"人们认为这些耀斑中的可见光只来自恒星大气的下层。磁重联产生的能量粒子从高温、脆弱的日冕（恒星的外层）降下，加热这些层。最近的研究假设，超级耀斑恒星也能探测到来自日冕环的辐射被太阳磁场困住的热等离子体，但这些环的密度必须非常高。遗憾的是，天文学家没有办法对此进行测试，因为除了我们自己的太阳之外，没有办法在其他恒星上看到这些环。太阳动力学天文台拍摄的太阳日冕环图像，显示了"日冕雨"现象。图中还包括一张地球的图像，以提供日冕环的比例，日冕环比地球大 10 多倍。图片来源：美国宇航局太阳动力学天文台/科学可视化工作室/汤姆-布里奇曼其他天文学家利用开普勒望远镜和 TESS 望远镜的数据，发现恒星有一条奇特的光曲线类似于天体的"峰突"，即亮度的跳跃。事实证明，这种光曲线与太阳现象相似，即在最初的爆发之后会出现第二个更渐进的峰值。这些光曲线让我们想起了我们在太阳上看到的一种现象，叫做太阳晚期耀斑。研究人员问道："同样的过程能量化的大型恒星环能否在可见光下产生类似的晚期亮度增强？"为了解决这个问题，杨改编了经常用于模拟太阳耀斑环的流体模拟，并放大了环的长度和磁能。他发现，耀斑的巨大能量输入会将大量质量泵入环路，从而产生密集、明亮的可见光发射，这与预测的结果不谋而合。这些研究表明，只有当超高温气体在环的最高处冷却下来时，我们才能看到这种"撞击"闪光。在重力的作用下，这些发光物质会下落，形成我们所说的"日冕雨"，这就是我们在太阳上经常看到的现象。这让研究小组确信，这个模型一定是真实的。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

钱德拉X射线天文台与VLA揭示银河黑洞快速旋转扭曲时空的现象

钱德拉X射线天文台与VLA揭示银河黑洞快速旋转扭曲时空的现象 这幅艺术家绘制的插图显示了银河系中心超大质量黑洞和周围物质的横截面。中心的黑色球体代表黑洞的事件穹界，也就是不归点，任何东西，甚至光，都无法从这里逃逸。从侧面看旋转的黑洞，如图所示，周围的时空形状就像一个美式足球。两侧的黄橙色物质代表围绕黑洞旋转的气体。这些物质不可避免地向黑洞坠落，一旦落入足球形状的内部，就会穿过事件穹界。因此，足球形状内、事件视界外的区域被描绘成一个空腔。蓝色圆球表示从旋转黑洞两极射出的喷流。图片来源：NASA/CXC/M.Weiss这幅艺术家绘制的插图描绘了一项关于银河系中心的超大质量黑洞人马座 A*（简称 Sgr A*）的最新研究结果。这项研究结果发现，Sgr A* 的旋转速度非常快，以至于它正在扭曲时空也就是时间和空间的三个维度使它看起来更像一个足球。这些结果是由美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台和美国国家科学基金会的卡尔-G-扬斯基甚大阵列（VLA）共同完成的。研究小组采用了一种新方法，利用X 射线和无线电数据，根据物质流向和流出黑洞的方式来确定 Sgr A* 的旋转速度。他们发现Sgr A*的旋转角速度约为最大可能值的60%，角动量约为最大可能值的90%。黑洞有两个基本特性：质量（重量）和自旋（旋转速度）。确定这两个值中的任何一个，都能让科学家们对任何黑洞及其行为方式了如指掌。过去，天文学家曾使用不同的技术对Sgr A*的旋转速度进行过几次估算，结果从Sgr A*完全不旋转到几乎以最大速度旋转不等。新的研究表明，Sgr A*实际上正在快速旋转，这导致它周围的时空被挤压。图中显示的是 Sgr A* 的横截面以及围绕它旋转的物质盘。中心的黑色球体代表了所谓的黑洞事件视界，也就是不归点，任何东西，甚至光都无法从这里逃逸。如图所示，从侧面观察旋转的黑洞，周围的时空形状就像一个足球。旋转速度越快，足球就越扁平。两侧的黄橙色物质代表围绕 Sgr A* 旋转的气体。这些物质不可避免地会坠向黑洞，一旦落入足球形状内部，就会穿过事件视界。因此，足球形状内、事件视界外的区域被描绘成一个空腔。蓝色圆球表示从旋转黑洞两极喷射而出的喷流。从顶部沿着喷流的枪管俯视黑洞，时空是一个圆形。人马座 A* 及其周围区域的钱德拉 X 射线图像。资料来源：NASA/CXC/威斯康星大学/Y.Bai, et al.黑洞的自旋可以作为一种重要的能量来源。旋转的超大质量黑洞在提取自旋能量时会产生诸如喷流之类的准直外流，这就要求黑洞附近至少有一些物质。由于 Sgr A* 周围的燃料有限，这个黑洞近千年来一直相对安静，喷流也相对较弱。然而，这项研究表明，如果Sgr A*附近的物质数量增加，这种情况可能会改变。为了确定Sgr A*的自旋，作者使用了一种被称为"外流法"的基于经验的技术，该技术详细说明了黑洞的自旋与其质量、黑洞附近物质的特性以及外流特性之间的关系。准直外流产生无线电波，而黑洞周围的气体盘则产生 X 射线辐射。利用这种方法，研究人员将钱德拉和 VLA 的数据与其他望远镜对黑洞质量的独立估计结合起来，对黑洞的自旋进行了约束。描述这些结果的论文由 Ruth Daly（宾夕法尼亚州立大学）领导，发表在 2024 年 1 月出版的《英国皇家天文学会月刊》上。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

天文学家在NGC 1851星团中发现了一个难以被分类的天体系统

天文学家在NGC 1851星团中发现了一个难以被分类的天体系统 中子星是宇宙中密度最大的天体。它们像原子核一样紧凑，却又像一座城市一样大，突破了我们对极端物质理解的极限。中子星越重，就越有可能最终坍缩成为密度更大的物体：黑洞。假定大质量伴星是一个黑洞，该系统的艺术印象图。最亮的背景恒星是它的轨道伴星射电脉冲星 PSR J0514-4002E。两颗恒星相距 800 万公里，每 7 天绕对方一周。图片来源：Daniëlle Futselaar ()这些天体的密度如此之大，引力如此之强，以至于它们的核心无论它们是什么都被事件视界永久地遮蔽在宇宙之外：完全黑暗的表面，光线无法从中逃脱。如果我们要了解中子星和黑洞之间临界点的物理学，就必须找到处于这一边界的天体。特别是，我们必须找到可以进行长时间精确测量的天体。而这正是我们所发现的一个既不明显是中子星也不明显是黑洞的天体。哈勃太空望远镜拍摄的球状星团 NGC 1851 的图像。图片来源：NASA、ESA 和 G. Piotto（帕多瓦大学）；处理：Gladys Kober（NASA/美国天主教大学）：Gladys Kober（美国国家航空航天局/美国天主教大学）当天文学家在星团NGC 1851的深处观察时，发现了一对特别的系统，这为我们了解宇宙中的极端物质提供了新的视角。这个系统由一颗毫秒脉冲星（一种快速旋转的中子星，它在旋转过程中会向整个宇宙发出无线电光束）和一个性质不明的巨大隐蔽物体组成。这个大质量天体是暗的，也就是说，从无线电到光学、X 射线和伽马射线波段，所有频率的光都看不到它。在其他情况下，这将使它无法被研究，但就在这里，毫秒脉冲星为我们提供了帮助。毫秒脉冲星类似于宇宙原子钟。它们的自旋非常稳定，可以通过探测它们产生的有规律的无线电脉冲进行精确测量。虽然脉冲星本质上是稳定的，但当脉冲星运动或其信号受到强引力场影响时，观测到的自旋会发生变化。通过观察这些变化，我们可以测量与脉冲星在轨道上运行的天体的特性。研究小组使用了位于南非卡鲁半沙漠的 MeerKAT 射电望远镜。图片来源：SARAO国际天文学家团队一直在使用南非的MeerKAT 射电望远镜对这个被称为 NGC 1851E 的星系进行观测。通过这些数据，我们可以精确地了解两个天体的轨道细节，显示出它们的最接近点会随着时间的推移而发生变化。爱因斯坦的相对论描述了这种变化，而变化的速度可以告诉我们系统中天体的总质量。观测结果表明，NGC 1851E 系统的重量几乎是太阳的四倍，暗伴星和脉冲星一样，是一个紧凑的天体比普通恒星的密度大得多。质量最大的中子星重约两个太阳质量，因此如果这是一个双中子星系统（众所周知并被研究过的系统），那么它就必须包含两颗迄今发现的最重的中子星。为了揭示伴星的性质，我们需要了解恒星系统中的质量是如何在恒星之间分配的。同样利用爱因斯坦的广义相对论，我们可以建立该系统的详细模型，发现伴星的质量介于太阳质量的 2.09 和 2.71 倍之间。这颗伴星的质量位于"黑洞质量鸿沟"之内。"黑洞质量鸿沟"介于最重的中子星和最轻的黑洞之间，前者被认为约为2.2个太阳质量，后者则是由恒星坍缩形成的，约为5个太阳质量。这一鸿沟中的天体的性质和形成是天体物理学中一个悬而未决的问题。那么，我们到底发现了什么呢？射电脉冲星 NGC 1851E 及其奇异伴星的潜在形成历史。资料来源：Thomas Tauris（奥尔堡大学 / MPIfR）一个诱人的可能性是，我们发现了一颗脉冲星，它正围绕着两颗中子星合并（碰撞）后的残骸运行。NGC 1851中恒星的密集排列使得这种不寻常的构造成为可能。在这个拥挤的恒星舞池中，恒星们将相互旋转，在无尽的华尔兹中交换舞伴。如果两颗中子星碰巧被抛得太近，它们的舞蹈就会以灾难性的方式结束。它们碰撞产生的黑洞可能比恒星坍缩产生的黑洞轻得多，因此黑洞可以在星团中自由游荡，直到找到华尔兹舞中的另一对舞者，然后毫不客气地插入其中在这一过程中将较轻的舞伴踢走。正是这种碰撞和交换机制，才有可能产生我们今天观察到的系统。对这个系统的研究还没有结束。我们的工作还在继续，以便最终确定伴星的真实性质，并揭示我们发现的是最轻的黑洞还是质量最大的中子星，或者两者都不是。在中子星和黑洞之间的边界，总是有可能存在一些新的、尚不为人知的天体物理天体。这一发现肯定会引起许多猜测，但已经明确的是，这一系统在了解宇宙中最极端环境下物质的真实情况方面有着巨大的前景。撰稿人：Ewan D. Barr - 马克斯-普朗克射电天文学研究所瞬态和脉冲星与 MeerKAT (TRAPUM) 合作项目科学家Arunima Dutta - 马克斯-普朗克射电天文学研究所射电天文学基础物理学研究部博士生本杰明-斯塔珀斯曼彻斯特大学天体物理学教授改编自最初发表在《对话》上的一篇文章。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

"耀斑"与"回声"：揭开银河系核心怪兽黑洞的神秘面纱

"耀斑"与"回声"：揭开银河系核心怪兽黑洞的神秘面纱 密歇根州立大学研究员格蕾丝-桑格-约翰逊（Grace Sanger-Johnson）通过筛选十年来的 X 射线数据，从银河系中央超大质量黑洞人马座 A* 发现了九个以前未被发现的 X 射线耀斑。这张十多年前公布的 NASA 图像显示了一个 X 射线耀斑的例子。图片来源：NASA/JPL-CaltechMSU荣誉学院的本科生研究员杰克-尤特格（Jack Uteg）分析了来自黑洞附近分子云的X射线回波，从而窥探到人马座A*过去200多年的历史。密歇根州立大学的研究人员对银河系中心的超大质量黑洞有了突破性发现。他们的发现基于美国国家航空航天局（NASA）NuSTAR X射线望远镜的数据，于6月11日在美国天文学会（AAS）第244次会议上公布。由于黑洞具有强大的引力场，连光都无法逃脱，因此研究黑洞面临着独特的挑战。为了了解这些神秘的天体，科学家们通常会研究它们的引力对附近恒星的影响以及邻近气体云的辐射等指标。 NASA NuSTAR天体学家的概念图NuSTAR轨道上的艺术家概念图。资料来源：NASA/JPL-加州理工学院黑洞研究创新项目格蕾丝-桑格-约翰逊（Grace Sanger-Johnson）和杰克-尤特格（Jack Uteg）在物理与天文系助理教授张硕（Shuo Zhang）的领导下，利用天基望远镜数十年的X射线数据，找到了更多揭示这些宇宙谜团的创新方法。格蕾丝和杰克的贡献令人无比自豪，"张说。"他们的工作充分体现了密苏里大学对开拓性研究和培养下一代天文学家的承诺。这项研究是MSU科学家如何揭开宇宙秘密的最好例证，使我们更接近于理解黑洞的本质和银河系中心的动态环境。"约翰逊分析了10年来的数据，寻找银河系中心黑洞人马座A*（Sgr A*）的X射线耀斑，在此过程中，她发现了九个未被注意到的耀斑。这些耀斑是高能量光的剧烈爆发，为研究黑洞周围的环境提供了一个独特的机会，由于黑洞的引力惊人，人们通常看不到黑洞周围的环境。Sgr A*是距离地球最近、活动最少的超大质量黑洞，因此，来自Sgr A*及其耀斑的数据是目前已知的研究黑洞物理环境的方法之一。张说："我们正坐在前排观察银河系中心这些独特的宇宙焰火。耀斑和焰火都能照亮黑暗，帮助我们观测到平时无法观测到的东西。这就是为什么天文学家需要知道这些耀斑发生的时间和地点，这样他们就可以利用这些光来研究黑洞的环境。"桑格-约翰逊精心筛选了NuSTAR（核光谱望远镜阵列）从2015年到2024年收集的十年X射线数据，NuSTAR是NASA的天基X射线望远镜之一。研究小组说，新发现的九个耀斑都为了解黑洞的环境和活动提供了宝贵的数据："我们希望通过建立这个有关Sgr A*耀斑的数据银行，我们和其他天文学家能够分析这些X射线耀斑的特性，并推断出超大质量黑洞极端环境内部的物理条件。"而MSU荣誉学院的本科生研究员Uteg则用一种类似于聆听回声的技术研究了黑洞的活动。Uteg分析了近20年的数据，目标是Sgr A*附近被称为"桥"的巨型分子云。Uteg说："与恒星不同，星际空间中的这些气体和尘埃云不会产生自己的X射线。因此，当 X 射线望远镜开始捕捉到来自"桥"的光子时，天文学家开始假设其来源。我们看到的亮度很可能是 Sgr A* 过去 X 射线爆发的延迟反射。我们在 2008 年左右首次观测到亮度的增加。然后，在接下来的12年里，"桥"发出的X射线信号持续增加，直到2020年达到峰值亮度。"这种来自黑洞的"回波"光从Sgr A*到分子云经过了数百年的时间，然后又经过了大约2.6万年的时间才到达地球。通过分析这种X射线回波，Uteg开始重建黑洞过去活动的时间轴，提供了仅靠直接观测无法获得的洞察力，分析过程使用了来自NuSTAR以及欧洲航天局X射线多镜（XMM）牛顿空间观测站的数据。Uteg说："我们关注这个云团变亮的一个主要原因是，它能让我们确定过去Sgr A*爆发的亮度。"在这些计算中，Uteg 和 MSU 的团队确定，大约 200 年前，Sgr A* 在 X 射线中的亮度大约是我们今天看到的它的 5 个数量级。张说："这是我们第一次为我们的超大质量黑洞周围的分子云构建了一个长达24年的可变性，这个分子云已经达到了它的X射线光度峰值。它使我们能够了解到 Sgr A* 在大约 200 年前的活动情况。我们在MSU的研究团队将继续这种'天体考古游戏'，进一步揭开银河系中心的神秘面纱。"虽然引发X射线耀斑的确切机制和黑洞的精确生命周期仍然是个谜，但MSU的研究人员相信，他们的发现将引发进一步的研究，并有可能彻底改变我们对这些神秘天体的认识。Uteg和Sanger-Johnson得到了NASA NuSTAR客座观测计划的支持。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：