发现能量最高的低频QPO现象

　　这项工作是由来自中科院高能所，英国南安普顿大学，德国图宾根大学和中科院上海天文台的研究人员共同完成的。

　　在80年代被发现的低频QPO，是X射线双星中普遍存在的时变现象，它在光变曲线上呈现出类似周期但非精确周期的调制。低频QPO的起源，30多年来，一直是致密天体研究中尚未解决的难题。现在有两种最流行的模式来解释低频QPO现象，一种是物质在旋转落到黑洞的吸积盘上时，不稳定造成X射线辐射产生振荡，另一种是黑洞附近冕状X射线辐射区的进动或振荡导致X射线辐射产生准周期调制。但是以前X射线卫星只能在30keV以下的能区内研究低频的QPO，因此很难区分这些模型。由于慧眼卫星的有效能段为1-250keV，且在30keV以上有最大有效面积，科学家们希望慧眼卫星能在某些黑洞中探测到30keV以上的低频QPO现象，从而更好地检验相关的理论模型。

　　2018年3月11日，MAXIJ1820+070黑洞X射线双星(由数倍于太阳质量的黑洞和一个恒星组成的双星系统)爆发，是天空中最明亮的X射线源之一。“慧眼卫星”快速响应，在长达数月时间内对这一重要天体进行高频率定点观测，积累了大量的观测数据。根据这些观测数据，研究小组发现MAXIJ1820+070在很宽的能段范围内都存在低频QPO现象，能量最高可达200keV以上，比慧眼卫星前QPO能量上限几乎提高了一个数量级，说明QPO并非来自吸积盘的热辐射区；进一步的研究也表明，QPO的频率和变化幅度都不随能量而变化，能量较低的QPO出现在能量较高的QPO之后，这与现有流行的QPO模式有严重的冲突。所以这个低频QPO应该是由黑洞视界附近喷流的进动引起的，很可能是由黑洞自转的广义相对论的参照系拖曳效应引起的。

　　喷流是高速物质流，运动速度快，接近光速，是许多黑洞X射线双星系统的射电、可见光和X射线波段的主要观测特征，中心是超大质量黑洞(质量为太阳质量的百万分之一至百亿倍)的遥远类星体，是黑洞系统的主要观测特征，也是黑洞系统在吞噬周围物质的过程中对周围环境产生显著反馈影响的主要手段。但这些喷流离黑洞都很远(通常距离超过百万倍的黑洞视界半径，在这一距离上，黑洞的引力实际上已不再起作用)，所以，它们究竟在多远的位置产生，以及它们如何逃离黑洞的强大引力场，并被加速到接近光速，这一点并不清楚。在首次进行慧眼卫星观测时，喷流的发源地位于距黑洞数百公里(几倍黑洞视界半径)的区域，这是迄今所观察到的与黑洞最接近的相对论喷流，对研究黑洞附近的广义相对论效应、物质动力学过程和辐射机制等都有重要意义。

　　在MAXIJ1820+070中低频QPO现象方面的慧眼卫星研究结果表明，它具有强大的研究天体高能X射线快速光变的能力。将来慧眼卫星将会发现更多的高能量、低频率的QPO现象，全面深化人们对其认识。

　　“慧眼卫星”是我国第一颗空间X射线天文卫星，“高能所”是“慧眼卫星”项目的提案单位，牵头开展了卫星有效载荷、地面应用系统及科研工作，航天五院承担了卫星系统的研制工作，参与“慧眼卫星”工程的还有清华大学、中国科学院国家空间科学中心、北京师范大学等单位。

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