NASA观测到“心跳”黑洞的高度偏振X射线 现有理论再遭挑战

美国宇航局（NASA）的成像 X 射线偏振探测器（IXPE）近日对名为 IGR J17091-3624 的黑洞双星系统进行了观测，结果显示其发出的 X 射线偏振度远高于天文学家此前的预期，这一发现令黑洞物理模型再次面临考验。

IGR J17091-3624 距地球约 2.8 万光年，研究团队在 2025 年 3 月首次在 2–8 keV 能段测得其 X 射线偏振信号，偏振度达到约 9.1%，且具有较高统计显著性，对应的偏振角约为 83 度，同时还隐约呈现出“能量越高、偏振越强”的趋势，虽暂未达到统计学上的确定水平。

观测表明，该黑洞当时处于所谓“日冕主导的硬态”，即系统的高能辐射主要来自黑洞周围的极高温等离子体日冕，而非盘面本身；其 X 射线能谱呈现硬幂律形态，仅带有较弱的反射特征，并伴随约 0.2 赫兹的 C 型准周期振荡，这与天文界熟悉的“心跳式”亮度起伏相吻合。研究人员解释说，在这类双星系统中，黑洞从伴星撕扯物质并形成吸积盘，日冕位于吸积盘内侧区域，温度可高达约 10 亿华氏度数量级，产生极为耀眼的 X 射线辐射，但因体积极小且距离遥远，目前仍无法直接成像，只能通过偏振等间接手段“反演”其几何结构和物理状态。

按既有认识，要获得如此高的偏振度，往往意味着观测者几乎以“擦边”视角从盘面侧向看去，且黑洞日冕必须具有高度规则的几何形状，否则多次散射会显著削弱总体偏振信号。然而 IGR J17091-3624 的详细几何构型仍不清楚，其射电喷流方向目前尚未测出，因此无法像对其他黑洞系统那样，将喷流指向与 X 射线偏振角直接对比来验证模型；若其几何与既往样本类似，则喷流轴线与偏振方向大致应呈平行关系。

为解释这一次“异常偏振”，科学家提出了两种主要情景：一是吸积盘上方被强风剥离出大量物质，形成高速外流的致密风层，高能 X 射线在其中发生多次散射，从而显著提高偏振度；二是日冕内部等离子体整体向外以最高可达光速 20% 的速度流动，相对论效应叠加康普顿散射过程，同样能够放大偏振信号。当前数据表明，这两种模型都可以在“几何形状 + 视线角度 + 厚风层散射”的综合框架内，自洽地重现 IXPE 观测到的偏振特征，但究竟哪一种机制占主导，还有待后续更长时间、更宽能段的观测加以区分。

来自多个研究机构的天文学家指出，此类由吸积盘驱动的强风，可能是理解不同尺度黑洞如何“长个子”的关键一环，因为它会直接影响物质能否顺利落入黑洞以及能量如何反馈到周围环境。随着 IXPE 未来对更多“心跳黑洞”的持续监测，科研人员期望逐步厘清日冕的真实结构和动力学过程，并检验现有黑洞吸积与喷流理论，在这一过程中，IGR J17091-3624 所展现出的异常偏振行为，已经预示黑洞物理远比传统教材更为复杂和神秘。