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“饿”了吐轻子,“饱”了吐重子

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  三张小图从上至下分别为:钱德拉望远镜X射线照片、NASA斯皮策空间望远镜红外线照片、哈勃空间望远镜可见光照片。大图为三张望远镜照片合成图。(图片提供者:国家天文台白宇)

  “黑洞”是宇宙中最神秘的天体之一,长久以来一直以“只进不出,贪得无厌”的形象示人,并被冠以“太空中最自私怪物”的头衔。随着科学的发展,人们对黑洞的认识逐渐加深,发现这个“神秘的怪物”绝非只进不出,有时还十分“慷慨”。

  北京时间今天凌晨,《自然》杂志公布了一项中国科学家的重大发现。中国科学院大学天文与空间科学学院教授、国家天文台研究员刘继峰带领团队在国际上首次从超软X射线源发现相对论性高速喷流,打破了天文学界以往的认知,揭示了黑洞吸积和喷流形成的新方式。《自然》杂志对这项成果进行了高度评价,认为此项工作是2015年度天文学领域最重要的五大发现之一。

  黑洞在吞噬物质的过程中有时也会产生向外的喷流。黑洞如何吞噬物质及喷流如何形成是天体物理学中的重大前沿问题。刘继峰领导的团队利用世界上最大的光学望远镜——西班牙的GTC十米望远镜和美国的Keck十米望远镜,对千万光年之外的旋涡星系M81中的极亮超软X射线源进行了光谱监测研究,首次发现其光谱中具有高度蓝移的氢元素发射线,揭示了该系统中存在速度达到0.2倍光速的相对论性重子喷流。

  刘继峰教授告诉记者,黑洞在吞噬物质后会形成喷流,从而“吐”出一些物质,这一“脾性”早已被证实。然而此前的研究仅从硬X射线源中发现过相对论性高速喷流,相当于黑洞没有“吃饱”,吐出的仅仅是轻子分位的物质。此次从超软X射线源发现相对论性高速喷流,表明黑洞一旦吞噬过量“吃饱了”,会吐出重子分位的物质。这项成果为天文学家理解黑洞吸积与喷流形成打开了一扇新的窗口。“在超软X射线源中发现相对论性喷流出乎所有人的意料,这改写了我们对超软X射线源的本质和喷流形成的认知。”美国科学院院士、英国皇家学会院士、哈佛大学终身教授瑞马什·纳瑞安评论说,“它的观测特征和人们对黑洞处于极高吸积率态的猜想及新近的数值模拟结果相符合,生动展示了黑洞过量吞噬物质时产生高速重子喷流和浓密的吸积盘风的情况。”能发现这一令全世界天文学家“出乎意料”的成果,刘继峰教授笑言有些“歪打正着”。“超软X射线源过去甚至不被认为是黑洞。我们用望远镜观测到后只是想去研究超软X射线源本身,没想到在光谱中意外发现了一条不认识的谱线。经过数年的思考韩式1.5分彩开奖记录与新的观测,才确定为高度蓝移的氢元素发射线,得出了其中存在相对论性重子喷流,改变了大家对黑洞的认知。”他说。国家天文台台长、中国科学院大学天文与空间科学学院院长严俊表示,这项工作是刘继峰团队继2013年11月在《自然》杂志上发表X射线极亮源的研究成果后,在黑洞研究领域的又一突破性的重大天文发现。

  近年来我国天文学家不断在《自然》等杂志发表重要科学成果,表明了我国天文学整体研究水平的逐步提升和巨大潜力。

  (原载于《文汇报》 2015-11-26 07版)