科学探索|天文学家捕获围绕黑洞的一组巨大同心圆环的壮观景象天文学家捕获围绕黑洞的一组

据外媒报道，科学家利用美国宇航局的钱德拉X射线天文台和尼尔·盖尔斯·斯威夫特天文台捕获了一组围绕黑洞的壮观的圆环的图像。巨环的X射线图像揭示了有关位于银河系的尘埃的新信息，使用的原理与在医生办公室和机场进行的X射线相似。

文章图片
这个黑洞是一个名为V404 Cygni的双星系统的一部分，位于离地球大约7800光年的地方。这个黑洞正在积极地将物质从一颗伴星（质量约为太阳一半）“拉到”这个看不见的天体周围的一个圆盘中。这种物质在X射线下发光，因此天文学家将这些系统称为"X射线双星系统" 。
2015年6月5日，天文学家利用尼尔·盖尔斯·斯威夫特天文台发现了来自V404 Cygni的X射线爆发。这个爆发产生的高能环来自于一种被称为光回波的现象。与声波在峡谷壁上反弹不同，V404 Cygni周围的光回声是由来自黑洞系统的X射线爆发在V404 Cygni和地球之间的尘埃云上反弹产生的。宇宙尘埃不像家庭灰尘，而更像烟雾，由微小的固体颗粒组成。

文章图片
在一张新的合成图像中，来自钱德拉的X射线（浅蓝色）与来自夏威夷Pan-STARRS望远镜的光学数据相结合，显示了视野中的天体。该图像包含八个独立的同心环。每个环都是由2015年观察到的V404 Cygni耀斑的X射线产生的，这些射线在不同的尘埃云中反射。(下图为艺术家的插图，解释了钱德拉和斯威夫特天文台看到的环是如何产生的。为了简化图形，该图只显示了四个环，而不是八个环。)
【科学探索|天文学家捕获围绕黑洞的一组巨大同心圆环的壮观景象】研究小组分析了2015年6月30日至8月25日期间进行的50次斯威夫特观测。钱德拉在7月11日和25日观测了该系统。这是一个非常明亮的事件，钱德拉的操作人员特意将V404 Cygni放在探测器之间，这样另一个明亮的爆发就不会损坏仪器。
这些星环不仅告诉天文学家关于黑洞的行为，也告诉他们关于V404 Cygni和地球之间的景观。例如，X射线中环的直径揭示了光弹射到中间的尘埃云的距离。如果云层离地球更近，圆环就会显得更大，反之亦然。由于X射线爆发只持续了相对较短的时间，所以光的回波显示为窄环，而不是宽环或光环。
研究人员还利用这些环来探测尘埃云本身的特性。作者将X射线光谱（即X射线在一定波长范围内的亮度）与具有不同成分的尘埃的计算机模型进行了比较。不同成分的尘埃将导致不同数量的低能量X射线被吸收，从而无法被钱德拉探测到。这是一个类似于我们身体的不同部分或我们的行李如何吸收不同数量的X射线的原理，提供了关于其结构和组成的信息。
研究小组确定，这些尘埃最有可能包含石墨和硅酸盐颗粒的混合物。此外，通过用钱德拉分析内环，他们发现尘埃云的密度变化在各个方向上并不均匀。以前的研究认为它们并不如此。