吸积盘|黑洞照相机给“天籁”拍“抖音”
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太阳大小的恒星与超大质量恒星的生命循环
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引力透镜原理
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黑洞模拟图
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黑洞冕X 射线耀发示意图 图片来源：NASA，STScI
实习生 池涵 采访人员 李晨
科学界对于黑洞行为一直有一个争论：光子从黑洞的冕传播到吸积盘所需要的时间缩短，究竟是由于冕的收缩，还是吸积盘的内半径变小？
近日，一个由美国科学家领导的国际研究团队在英国《自然》杂志上发表了一篇关于黑洞行为最新观测结果的文章 。研究者采用放置在空间站上的中子星内部组成探测器（NICER），观测了MAXI J1820+070黑洞吸积伴星暂现源 。
这次观测对上述争论给出了一个合理的解释 。这让科学界很兴奋，这篇论文也因此成为《自然》杂志封面文章 。
能够作出这一发现，科学家依靠的是高精度的观测设备 。或许有一天，我们也可以用高精度“照相机”给黑洞拍个“抖音” 。
【吸积盘|黑洞照相机给“天籁”拍“抖音”】拍摄黑洞的“快手”
黑洞在吸积过程中会产生两个X射线信号，先有一个来自黑洞冕的硬X射线信号（即高频信号），第一个信号传播到吸积盘后会产生另一个软X射线信号（即低频信号） 。光子从冕传播到吸积盘需要时间，所以有时间延迟 。
中国科学技术大学天文学系特任副研究员蒋凝告诉《中国科学报》，前述最新成果发现，MAXI J1820+070在X射线耀发后的时间延迟仅为之前的1/6至1/20，由于黑洞的外部结构中只有冕和吸积盘两个单元，因此对这种时延缩短有两种可能的解释 。
一种解释认为，是吸积盘的内半径变小了，也就是被截断了；另一种解释则是冕收缩到离吸积盘更近 。科学家推测，如果前一种解释是正确的，由于引力红移效应，会导致能谱上Fe K线的轮廓发生变化 。借助本次观测中同时拥有高时间精度和高能谱分辨率的“利器”NICER，研究人员发现Fe K线的轮廓基本保持不变，因此剩下的就是后一种解释了，即导致时延缩短的原因是冕的收缩 。
能够获得如此精确的观测结果并推导出这一重要的科学结论，依靠的是两个安装在国际空间站上的“劳模”——全天X射线监测相机（MAXI）和中子星内部组成探测器（NICER） 。2018年3月11日，MAXI发现在狮子座方向距离我们大约1万光年的位置有一个X射线耀发，NICER随即开始监测这个事件 。
公开资料显示，NICER是NASA为研究中子星异常引力、电磁和核物理环境而开发的一款设备，于2017年6月3日部署至国际空间站 。
蒋凝介绍道，与此前的类似设备，如X射线多镜片任务卫星XMM-Newton相比，NICER最大的优势就是时间分辨率极高，达到100纳秒，比之前NASA最好的计时设备罗西X射线计时探测器要快25倍 。
“X射线卫星尽量要做到一个一个地记录光子，因此需要很高的时间分辨率，否则在同一个计时区间内有几个光子到达，我们就无法知道每个光子的能量 。MAXI J1820+070每秒差不多有25000个能量0.2~12千电子伏的光子到达NICER，正因为有超快的计时，才能区分开一个个光子 。相比之下，XMM-Newton在每秒接收600~800个光子的时候就有光子‘堆积效应’ 。不仅如此，NICER在软X射线波段的有效能谱面积也是最高的，是XMM-Newton卫星的两倍 。”蒋凝说，NICER在具备快速计时和大有效能谱面积的同时还能提供精良的能谱分辨率（6千电子伏时为145电子伏） 。
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