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銀河系內(nèi)多數(shù)黑洞和中子星雙星是高能暫現(xiàn)源，在偶爾發(fā)生的吸積爆發(fā)過程中，黑洞和中子星通過吸積伴星物質(zhì)，在致密天體附近釋放引力能并產(chǎn)生X射線輻射。因此，X射線輻射攜帶了黑洞和中子星及其附近強引力場等關(guān)鍵信息，而X射線光變成為探測致密天體性質(zhì)、強引力場及強磁場物理的重要觀測手段。在傅里葉功率譜上，黑洞和中子星X射線雙星的X射線光變主要包括冪率噪聲（PLN）、帶限噪聲（BLN）及準(zhǔn)周期振蕩信號（QPOs）等。其中，BLN是黑洞和小質(zhì)量中子星X射線雙星在X射線硬譜態(tài)和中間譜態(tài)的主要光變成分。

近日，中國科學(xué)院上海天文臺研究員余文飛團隊在黑洞雙星X射線快速光變研究方面取得進展。該團隊利用慧眼衛(wèi)星對暫現(xiàn)黑洞雙星MAXI J1820+070吸積爆發(fā)的觀測發(fā)現(xiàn)，BLN特征頻率范圍具有明顯的光子能量依賴，即隨著光子能量增加，該平臺分別向高頻（>10Hz）和低頻（<0.1Hz ）兩端同時擴展，且相對光變幅度隨光子能量增加而下降。同時，該趨勢極限與X射線軟譜態(tài)觀測到的由吸積盤黑體輻射產(chǎn)生的冪率光變成分類似。

此前，科研人員曾發(fā)現(xiàn)暫現(xiàn)黑洞和中子星低質(zhì)量X射線雙星中主要光變成分，如BLN和低頻QPO具有對應(yīng)的統(tǒng)一起源，且黑洞雙星時變-功率譜態(tài)具有光子能量依賴，并與觀測能段對應(yīng)的主要譜成分有關(guān)，這顛覆了黑洞雙星X射線時變功率譜態(tài)圖像。進一步，該團隊發(fā)現(xiàn)黑洞雙星中BLN高頻端特征頻率與光子能量依賴。而此次研究發(fā)現(xiàn)，BLN低頻端特征頻率也具有光子能量依賴，這與之前發(fā)現(xiàn)的BLN高頻端特征頻率的光子能量依賴形成了完整圖像，揭示了BLN功率平臺及其特征頻率的本質(zhì)起源。

該研究表明，BLN特征光變來自吸積盤局域范圍種子光子攜帶的原初盤光變信息，這些種子光子通過逆康普頓過程產(chǎn)生了可觀測的X射線光變。由于黑洞和中子星小質(zhì)量X射線雙星BLN具有統(tǒng)一的起源，這一研究或解決了黑洞和中子星小質(zhì)量X射線雙星中BLNX射線光變成分起源問題，并揭示了與之對應(yīng)的吸積和輻射幾何圖像。

近期，相關(guān)研究成果發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》（The Astrophysical Journal）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會的支持。

論文鏈接

左圖：黑洞雙星MAXI J1820+070的慧眼衛(wèi)星單次觀測隨光子能量變化的傅里葉功率譜。 右圖：帶限噪聲平臺與光子能量和吸積與逆康普頓散射的物理圖像。