专栏

图1艺术家对M101 ULX-1周围环境的可视化,显示了一个带有吸积盘的恒星质量黑洞(前景)来自Wolf-Rayet星(背景)的气体为Lynette Cook的黑洞贪婪的食欲提供了双子座天文台/ AURA艺术品利用双子座天文台的数据,研究人员发现,一个小黑洞可以维持巨大的贪婪食欲,同时以有效和整齐的方式消耗材料 - 以前认为不可能的东西观察黑洞为一个星系中的高能X射线源提供动力2200万光年以外可以改变我们对一些黑洞如何消耗物质的思考这一发现表明,这个特殊的黑洞,被认为是X射线源高能光输出背后的引擎,出乎意料地轻巧,尽管如此巨大的恒星伴侣将大量的灰尘和气体送入它,它以令人惊讶的有序方式吞下这种材料它具有优雅的举止,“中国科学院中国国家天文台的研究小组成员斯蒂芬·贾斯坦说

他解释说,这种轻量级物质必须吞噬接近其理论消耗极限的物质才能维持观察到的那种能量输出

“我们认为,当小黑洞被推到这些极限时,他们将无法保持这种消耗物质的精确方式,”Justham解释说“我们期望他们在吃得这么快时表现出更复杂的行为显然我们错了”A惊人的扭转X射线源发出高能和低能X射线,天文学家分别称之为硬X射线和软X射线

在看似矛盾的情况下,较大的黑洞倾向于产生更多的软X射线,而较小的黑洞倾向于产生相对更硬的X射线这种来源,称为M101 ULX-1,以软X射线为主,因此研究人员希望找到更大的黑洞作为其能源然而,令人惊讶的是,在双子座天文台发表的新观察结果发表在11月28日出版的“自然”杂志上,表明M101 ULX-1的黑洞偏小,而天体物理学家则不明白为什么在物质如何落入黑洞并辐射能量的理论模型,软X射线主要来自吸积盘(见图),而硬X射线通常由盘周围的高能“电晕”产生

表明电晕的发射强度应该随着吸积速率接近理论极限而增加磁盘和电晕之间的相互作用也会变得更加复杂根据这项工作中发现的黑洞的大小,周围的区域从理论上讲,M101-ULX-1应该由硬X射线支配并且在结构上看起来更复杂但是,情况并非如此“已经提出了允许这种低质量黑色h的理论oles可以迅速吃掉它,然后在X射线中照亮它但是这些机制在发射的X射线光谱中留下了特征,这个系统没有显示出来,“中国国家天文台中国国家天文台的主要作者刘吉峰说

科学“不知何故,这个黑洞,质量只有我们太阳质量的20-30倍,能够以接近其理论最大值的速度进食,同时保持相对平静

令人惊讶的理论现在需要以某种方式解释正在发生的事情”图2 ULX-1位于M101的螺旋臂附近M101的图像由X射线(Chandra X射线天文台;紫色),红外(斯皮策卫星;红色),光学(哈勃太空望远镜;黄色)和紫外线(GALEX卫星;蓝色)图片来源:钱德拉X射线天文台,斯皮策卫星,哈勃太空望远镜和GALEX卫星中等质量黑色钻孔困境这一发现也给天文学家带来了打击,他们希望找到M101 ULX-1中“质量中等”黑洞的确凿证据

这种黑洞的质量大约是太阳质量的100到1000倍,它们介于两者之间正常的恒星质量黑洞和位于星系中心的巨大的超大质量黑洞到目前为止,这些物体一直令人沮丧地难以捉摸,有潜在的候选者,但没有广泛接受的探测 超发光X射线源(ULXs)一直是中等质量黑洞的主要隐藏位置之一,而M101 ULX-1是最有前途的竞争者之一“希望研究这些物体的天文学家现在将拥有研究小组成员乔尔·布雷格曼解释说,他们专注于其他有关这类黑洞的间接证据的位置,要么是在更加明亮的“超发光”X射线源中,要么是在一些密集的恒星群内

密歇根大学“许多科学家认为我们在M101 ULX-1中有中等质量黑洞的证据只是时间问题,”刘说但是新的双子座研究结果都带走了一些解决旧问题的希望

这个恒星质量黑洞如何能够如此平静地消耗物质这一难题并增添了新的神秘感为了确定黑洞的质量,研究人员在夏威夷莫纳克亚的双子座北望远镜上使用了双子座多目标光谱仪

测量同伴的运动这颗向黑洞提供物质的恒星属于Wolf-Rayet品种

这样的恒星发出强烈的恒星风,黑洞可以从中吸取材料

这项研究还揭示了黑洞M101 ULX-1可以捕获更多来自恒星风的材料,而不是天文学家所预期的M101 ULX-1是超亮的,在两个X射线(来自黑洞吸积盘)和紫外线(来自同伴之星)英国谢菲尔德大学的共同作者保罗克劳瑟补充道,“虽然这不是有史以来发现的第一个Wolf-Rayet黑洞二进制文件,距离它大约2200万光年,为这样一个系统设定了一个新的距离记录Wolf-Rayet明星将在光线到达我们的时间的一小部分时间内死亡,所以这个系统现在可能是一个双黑洞二进制“”研究像M101 ULX-1在遥远的星系中这让我们对宇宙中物体的多样性进行了大量的抽样,“Bregman说道

”我们有技术可以观察到一颗恒星围绕另一个星系在这个遥远的星系中运行,这绝对令人惊奇“出版物:Ji-Feng Liu,et al,“在超光X射线源M 101 ULX-1中的黑洞上迷茫,”Nature 503,500-503,(2013年11月28日); doi:101038 / nature12762来源:Gemini Observatory图片:双子座天文台/ AURA艺术家Lynette Cook;钱德拉X射线天文台,斯皮策卫星,哈勃太空望远镜和GALEX卫星