黑洞是宇宙中著名的吞噬天体，能吸入周围受其引力的物质，但并不是所有向黑洞坠落的物体都会被它吞噬。最近，天文学家得到了新的观测结果，能够对神秘的黑洞喷流做出解释。  艺术概念图：黑洞具有强大引力，周围的物质被黑洞拉扯并围绕黑洞高速旋转形成吸积盘，吸积盘会产生强大的激波，把自身内大量物质沿黑洞两极向外喷发，形成黑洞两极强大的等离子体喷流。 黑洞能吸入周围受其引力的物质，但并不是所有向黑洞坠落的物体都会被它吞噬。黑洞会把一小部分等离子体物质以喷流的形式抛射出来，这些等离子体能够对其周边宇宙空间造成巨大影响。在此过程中，等离子体会获得巨大能量并放射出辐射射线，沿黑洞旋转转轴形成两根明亮的光柱。多年来，科学家一直在研究讨论黑洞喷流现象发生的具体位置及方式。 最近，天文学家得到了新的观测结果，能够对神秘的黑洞喷流做出解释。科学家利用NASA的核光谱望远镜阵列高能X射线天文望远镜、西班牙加那利群岛拉帕尔马岛威廉·赫歇尔天文台的超级高速摄像系统，对喷流中的粒子进行了测量，重点是观测粒子在吸收能量并成为明亮辐射源之前在喷流中的运动距离，该距离被称为“加速区”。该研究报告已在《自然·天文学》杂志发表。  NASA的核光谱望远镜阵列高能X射线天文望远镜（NuSTAR）卫星  西班牙加那利群岛拉帕尔马岛威廉·赫歇尔天文台 科学家对银河系的两个X射线双星系统进行了观测研究。X射线双星由一颗寻常的恒星和一颗发射X射线的子星组成。在X射线双星系统中﹐通常认为X射线是由恒星快速流出的物质被吸积到致密X射线子星上而引起的。致密星表面引力场很强，落向致密星的物质可以获得很大的能量。这部分能量可以转变为 X射线波段的辐射能量。环绕黑洞有一个称为吸积盘的平面物质结构，当物质落入吸积盘时，吸积盘会爆发并放出辐射，科学家对这两个X射线双星系统在爆发过程不同时间点的状况进行了研究。 2015年6月，科学家观测发现，一个被称为天鹅座V404的X射线双星系统达到了亮度峰值。该系统的X射线子星可能是21世纪所观测到的最明亮爆发。另一个是天坛座GX 339-4 X射线双星系统，在进行观测时，它的亮度仅为预测情况的1%。同天鹅座V404的X射线双星系统相比，天鹅座V404的X射线双星系统的普通恒星及X射线子星相互之间的距离要近得多。 尽管两个系统存在差异，但它们都具有相似的时滞，大概为十分之一秒，这个时滞的含义是，核光谱望远镜阵列高能X射线天文望远镜观测到X射线同超级高速摄像系统观测到可见辐射光之间的时间差。十分之一秒的时滞还不够眨一下眼睛，但对黑洞喷流的物理学特性却有着重大影响。 “我们认为，黑洞喷流的物理学特征可能不是决定于吸积盘体积的大小，而是决定于喷流柱基中粒子的速度、温度及其他特性。”英国南安普顿大学天文学家、该研究主要作者波沙克·甘地说。 科学家认为，这些观测结果的最佳理论解释是，X射线是由非常接近于黑洞的物质放射出来的。在强磁场作用下，物质能够沿喷流运动并达到极高速度。粒子在接近光速的情况下相互碰撞，导致等离子体在电离过程中吸收巨大能量，最终放射出超级高速摄像系统观测到的可见辐射光。 这种现象是在黑洞喷流的哪个位置发生的？可见辐射光及X射线的观测时间差能够对此做出解释。将粒子运动的速度（接近于光速）乘上时间差，就是粒子运动的最大距离。 经过计算，这段距离为三千万米，这就是喷流内部加速区的长度，等离子体在该区域强烈加速并辐射可见光。内部加速区的长度约为地球直径的三倍，但从宇宙尺度来看是很小的，天鹅座 V404 X射线双星系统中的黑洞质量约为三百万个地球。 “天文学家希望利用本次研究的成果来优化黑洞喷流动力机制模型。”加利福尼亚州帕萨迪纳NASA喷气推进实验室天文学家、本次研究共同作者丹尼尔·斯特恩说。 取得这些观测结果是很不容易的。太空中的X射线天文望远镜以及地面的光学天文望远镜，必须在X射线双星系统爆发时对同一系统在同一时间进行观测，只有这样，科学家才能够计算两次观测之间的时滞。两个天文观测团队之间要进行很复杂的计划安排才能够做到协调一致。实际上，2015年X射线双星系统爆发时，核光谱望远镜阵列高能X射线天文望远镜及超级高速摄像系统经过协调，仅有1个小时进行同时观测，科学家就是利用这一个小时取得了关于黑洞喷流加速区的突破性研究成果。 该研究成果还有助于进一步研究特大质量黑洞。蝎虎座BL型天体是一个质量为2亿个太阳的特大质量黑洞，科学家推测，蝎虎座BL型天体的时滞可能是本次研究发现时滞的数百万倍。这意味着，黑洞喷流加速区的长度同黑洞质量的大小有关。 “我们非常激动，我们很有可能发现了黑洞喷流内部机理的特征性尺度，而且不单单是天鹅座V404 X射线双星系统这样的恒星级黑洞，还包括特大质量黑洞。”甘地说。 科学家接下来将对另一个X射线双星系统进行观测，以进一步确认观测得到的时滞，科学家还将研究提出能够对不同大小黑洞的喷流进行解释的理论。 “开展这项研究工作的关键之处在于，需要全球的地面及太空天文望远镜共同进行观测。这次的发现仅仅是惊鸿一瞥，许多东西还有待我们去研究。我认为，黑洞极端物理学特征的研究工作有着光明的前景。”加州理工学院天文学教授、核光谱望远镜阵列高能X射线天文望远镜首席研究员菲奥纳·哈里森说。 NuSTAR是一个由加州理工学院领导开展的小型探测器项目，受NASA科学任务理事会委托，NASA喷气推进实验室负责对该项目进行管理。丹麦技术大学及意大利航天局参与了NuSTAR的研发工作。NuSTAR由轨道科学公司生产制造。NuSTAR任务运行中心设立于加州大学伯克利分校，研究数据存放于NASA的高能天体物理科学档案研究中心。ASI提供该任务的地面站和镜像数据资源库。加州理工学院负责管理NASA的喷气推进实验室。
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