研究测得天鹅座X-1黑洞喷流瞬时能量 相当于一万颗太阳输出

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科廷大学牵头的一项研究通过覆盖地球的射电望远镜联动观测,对黑洞喷流的能量进行了测量,为科学界关于黑洞如何影响周围环境并塑造宇宙结构的相关理论提供了观测依据。

研究成果发表于《自然天文学》。论文指出,在天鹅座X-1系统中,黑洞产生的喷流能量相当于一万颗太阳的能量输出。天鹅座X-1由首个被确认的黑洞与一颗超巨星组成。

为获得这一测量,研究团队使用相距遥远的联动望远镜阵列,对喷流在黑洞绕轨道运动过程中受到超巨星恒星风吹拂而发生偏转的现象进行成像。研究人员将其类比为强风推动喷泉水流,使喷流呈现随轨道运动不断改变方向的“舞动”形态。

论文第一作者、曾在科廷射电天文研究所(CIRA)工作的Steve Prabu博士(现任职于牛津大学)表示,团队正是通过一系列“舞动喷流”图像完成测量。研究人员利用恒星风能量已知这一条件,并结合喷流弯曲程度,首次得以确定喷流的瞬时能量。

研究还测定了喷流速度约为光速的一半,即每秒15万公里。论文称,这一速度测量长期以来一直是科学界的难题。

Prabu表示,该测量有助于理解黑洞周围释放的能量中,有多少比例被喷流注入周围环境并改变环境。论文给出的关键结果之一是,当物质落入黑洞时,约有10%的能量被喷流带走;这一比例与大规模宇宙模拟模型中常用的假设一致,但此前难以通过观测加以证实。

合著者、来自CIRA及国际射电天文研究中心(ICRAR)科廷节点的James Miller-Jones教授指出,以往方法通常只能得到喷流在数千年甚至数百万年尺度上的平均能量,难以与物质瞬时释放的X射线能量进行准确比较。

Miller-Jones表示,由于理论认为不同质量黑洞周围的物理过程具有相似性,这一结果可用于校准对喷流的理解,适用于质量约为太阳10倍至1000万倍的黑洞。他同时提到,随着西澳大利亚和南非正在建设的平方公里阵列天文台等射电望远镜项目推进,未来有望探测到数百万个遥远星系中黑洞的喷流,而此次测量提供的基准点将有助于校准其整体能量输出。

该研究由CIRA与ICRAR科廷节点牵头,并与牛津大学合作完成。其他合作机构包括巴塞罗那大学、威斯康星大学麦迪逊分校、莱斯布里奇大学和空间科学研究所。


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