黑洞周围的巨大环

美国宇航局的钱德拉 X 射线天文台和尼尔·盖雷斯·斯威夫特天文台捕捉到了一组壮观的黑洞周围的环。巨环的 X 射线图像揭示了有关位于我们银河系中的尘埃的新信息，其原理与在医生办公室和机场进行的 X 射线相似。

这个黑洞是名为 V404 Cygni 的双星系统的一部分，距离地球约 7,800 光年。黑洞正在积极地将物质从一颗伴星（质量约为太阳的一半）拉到一个围绕着隐形物体的圆盘中。这种物质会在 X 射线中发光，因此天文学家将这些系统称为“X 射线双星系统”。

2015 年 6 月 5 日，斯威夫特发现了天鹅座 V404 的 X 射线爆发。这次爆发从一种称为光回波的现象中产生了高能环。天鹅座 V404 周围的光回声不是从峡谷壁反弹，而是当来自黑洞系统的 X 射线爆发从天鹅座 V404 和地球之间的尘埃云反弹时产生的。宇宙尘埃不像家庭灰尘，而是更像烟雾，由微小的固体颗粒组成。

在一张新的合成图像中，钱德拉（浅蓝色）的 X 射线与夏威夷泛星望远镜的光学数据相结合，显示了视野中的恒星。该图像包含八个独立的同心环。每个环都是由 2015 年观察到的天鹅座 V404 耀斑的 X 射线产生的，这些耀斑反射了不同的尘埃云。

该团队分析了 2015 年 6 月 30 日至 8 月 25 日期间进行的 50 次雨燕观测。钱德拉在 7 月 11 日至 25 日对该系统进行了观测。这是一个如此明亮的事件，钱德拉的操作员故意将天鹅座 V404 置于探测器之间，以便再次出现明亮的爆发不会损坏仪器。

这些环不仅告诉天文学家黑洞的行为，还告诉天文学家 V404 Cygni 和地球之间的景观。例如，X 射线中环的直径揭示了光弹离的中间尘埃云的距离。如果云离地球更近，环看起来更大，反之亦然。光回波表现为窄环而不是宽环或光晕，因为 X 射线爆发只持续了相对较短的时间。

研究人员还使用这些环来探测尘埃云本身的特性。作者将 X 射线光谱（即 X 射线在一定波长范围内的亮度）与具有不同成分的灰尘的计算机模型进行了比较。不同的尘埃成分将导致不同数量的低能量 X 射线被钱德拉吸收并被阻止检测。这与我们身体的不同部位或行李如何吸收不同数量的 X 射线的原理类似，从而提供有关其结构和成分的信息。

该团队确定尘埃很可能包含石墨和硅酸盐颗粒的混合物。此外，通过用钱德拉分析内环，他们发现尘埃云密度在各个方向上的变化并不均匀。以前的研究假设他们没有。

这一结果与 X 射线双星Circinus X-1的类似发现有关，它包含一颗中子星而不是一个黑洞，发表在 2015 年 6 月 20 日的《天体物理学杂志》上，题为“指环王：从巨型 X 射线光回波到 Circinus X-1 的运动距离”（预印本）。这项研究也是由塞巴斯蒂安·海因茨领导的。

V404 Cygni 结果由麦迪逊威斯康星大学的同一天文学家 Sebastian Heinz 领导。这篇论文发表在 2016 年 7 月 1 日的 The Astrophysical Journal（预印本）上。该研究的合著者是 Lia Corrales（密歇根大学）；兰德尔·史密斯（天体物理学中心 | 哈佛和史密森尼）；Niel Brandt（宾夕法尼亚州立大学）；Peter Jonker（荷兰空间研究所）；Richard Plotkin（内华达大学里诺分校）和 Joey Neilson（维拉诺瓦大学）。

美国宇航局的马歇尔太空飞行中心负责管理钱德拉计划。史密森天体物理天文台的钱德拉 X 射线中心控制着马萨诸塞州剑桥的科学和马萨诸塞州伯灵顿的飞行操作。