天文學家捕獲圍繞黑洞的一組巨大同心圓環的壯觀景象

據外媒報道,科學家利用美國宇航局的錢德拉X射線天文台和尼爾·蓋爾斯·斯威夫特天文台捕獲了一組圍繞黑洞的壯觀的圓環的圖像。巨環的X射線圖像揭示了有關位於銀河系的塵埃的新信息,使用的原理與在醫生辦公室和機場進行的X射線相似。

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這個黑洞是一個名為V404 Cygni的雙星系統的一部分,位於離地球大約7800光年的地方。這個黑洞正在積極地將物質從一顆伴星(質量約為太陽一半)“拉到”這個看不見的天體周圍的一個圓盤中。這種物質在X射線下發光,因此天文學家將這些系統稱為”X射線雙星系統”。

2015年6月5日,天文學家利用尼爾·蓋爾斯·斯威夫特天文台發現了來自V404 Cygni的X射線爆發。這個爆發產生的高能環來自於一種被稱為光回波的現象。與聲波在峽谷壁上反彈不同,V404 Cygni周圍的光回聲是由來自黑洞系統的X射線爆發在V404 Cygni和地球之間的塵埃雲上反彈產生的。宇宙塵埃不像家庭灰塵,而更像煙霧,由微小的固體顆粒組成。

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在一張新的合成圖像中,來自錢德拉的X射線(淺藍色)與來自夏威夷Pan-STARRS望遠鏡的光學數據相結合,顯示了視野中的天體。該圖像包含八個獨立的同心環。每個環都是由2015年觀察到的V404 Cygni耀斑的X射線產生的,這些射線在不同的塵埃雲中反射。(下圖為藝術家的插圖,解釋了錢德拉和斯威夫特天文台看到的環是如何產生的。為了簡化圖形,該圖只顯示了四個環,而不是八個環。)

研究小組分析了2015年6月30日至8月25日期間進行的50次斯威夫特觀測。錢德拉在7月11日和25日觀測了該系統。這是一個非常明亮的事件,錢德拉的操作人員特意將V404 Cygni放在探測器之間,這樣另一個明亮的爆發就不會損壞儀器。

這些星環不僅告訴天文學家關於黑洞的行為,也告訴他們關於V404 Cygni和地球之間的景觀。例如,X射線中環的直徑揭示了光彈射到中間的塵埃雲的距離。如果雲層離地球更近,圓環就會顯得更大,反之亦然。由於X射線爆發只持續了相對較短的時間,所以光的回波顯示為窄環,而不是寬環或光環。

研究人員還利用這些環來探測塵埃雲本身的特性。作者將X射線光譜(即X射線在一定波長範圍內的亮度)與具有不同成分的塵埃的計算機模型進行了比較。不同成分的塵埃將導致不同數量的低能量X射線被吸收,從而無法被錢德拉探測到。這是一個類似於我們身體的不同部分或我們的行李如何吸收不同數量的X射線的原理,提供了關於其結構和組成的信息。

研究小組確定,這些塵埃最有可能包含石墨和硅酸鹽顆粒的混合物。此外,通過用錢德拉分析內環,他們發現塵埃雲的密度變化在各個方向上並不均勻。以前的研究認為它們並不如此。

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