“X射线放大镜”为早期宇宙中的黑洞提供了前所未有的观察

2021年09月15日 14:11 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,通过利用太空中的天然透镜,天文学家们史无前例地从早期宇宙的黑洞系统中捕捉到了X射线。这个放大镜是NASA钱德拉X射线天文台首次用来锐化X射线图像的。它捕捉到了黑洞的细节,而通常请下,这些黑洞因太遥远而无法使用现有的X射线望远镜来研究。

天文学家应用了一种被称为“引力透镜效应”的现象,当来自遥远物体的光被视线范围内的大量质量如星系所弯曲时就会发生这种现象。这种透镜可以大量放大和放大光线并产生相同天体的重复图像。这些重复图像的配置可以用来解码目标的复杂性和锐化图像。

在这项新研究中,引力透镜系统被称为MG B2016+112。钱德拉探测到的X射线是由这个系统发射的,当时宇宙只有20亿年的年龄,而目前宇宙的年龄将近140亿年。

哈佛和史密森天体物理中心(CfA)的Dan Schwartz领导了这项研究,他指出:“如果没有这样一个天然放大镜,我们在X射线中观察和理解如此遥远的物体的努力将会失败。”

这项最新研究建立则是在新论文合著者Cristiana Spingola领导的早期工作的基础上,她目前在意大利博洛尼亚的意大利国家天体物理研究所(INAF)工作。通过对MG B2016+112的射电观测,她的团队发现了一对快速增长的超大质量黑洞的证据,而它们之间的距离只有650光年。他们发现两个候选黑洞可能都有喷流。

通过基于射电数据的引力透镜模型,Schwartz和他的同事得出结论,他们从MG B2016+112系统中检测到的三个X射线源一定是两个不同物体的透镜作用的结果。这两个发出X射线的物体很可能是一对成长中的超大质量黑洞或一个成长中的超大质量黑洞及其喷流。这两个天体的估计距离跟无线电观测结果一致。

之前钱德拉对成长中的超大质量黑洞对或三人队伍的测量通常都涉及离地球更近的天体或天体之间的距离更大。以前曾观察到离地球更远的一个X射线喷流,其光线是在宇宙只有目前年龄的7%时发出的。然而,喷流的发射跟黑洞相隔约有16万光年。

目前的结果是重要的,因为它提供了关于早期宇宙中黑洞的增长速度和可能的双黑洞系统的探测的关键信息。引力透镜放大来自这些遥远天体的光,否则这些天体就会太微弱而无法探测到。从MG B2016+112中的一个天体中检测到的X射线光可能比没有透镜时要亮300倍。

Spingola说道:“天文学家已经发现了质量比太阳大数十亿倍的黑洞,它们是在大爆炸后几亿年形成的,当时宇宙的年龄只有现在的几个百分点。我们想要解开这些超大质量黑洞如何如此迅速地获得质量的谜团。”

引力透镜效应的推进可能会使研究人员能估计有多少包含两个超大质量黑洞的系统,它们之间的距离小到足以产生引力波,这些将来可以用太空探测器观测到。

“在许多方面,这个结果是一个令人兴奋的概念证明,说明这个'放大镜'可以帮助我们以一种新颖的方式揭示遥远的超大质量黑洞的物理学。如果没有这种效果,钱德拉将不得不延长几百倍的观察时间,即使这样也无法揭示复杂的结构,”论文共同作者、CfA和雅盖隆大学的Anna Barnacka说道。据悉,她开发了将引力透镜变成高分辨率望远镜的技术来锐化图像。

“由于引力透镜的作用,更长的钱德拉观测可能能区分黑洞对和黑洞加喷流的解释。我们也期待着在未来应用这项技术,尤其是即将投入使用的新的主要光学和无线电设施的观测将提供数以万计的目标,”Schwartz总结道。

MG B2016+112中的一个天体的X射线位置的不确定性在一个维度上是130光年,在另一个垂直维度上是2000光年。这意味着,该源可能所在区域的大小比典型的无光栅的钱德拉源的相应区域小100多倍。在X射线天文学中,对于这个距离的源来说,如此精确的位置确定是无与伦比的。

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