戴上偏振太阳眼镜，观察天鹅座X-1黑洞周围的X射线

X射线偏振影像探测任务（Imaging X-ray Polarimetry Explorer， IXPE）于2021年12月发射，任务目标为研究宇宙中的高能天体，包括吸积黑洞、中子星和脉冲星，观测这些天体所辐射X射线的偏振。 偏振片常运用在太阳眼镜，仅留光线中特定方向震荡的电磁波通过。 也就是说，IXPE观测的是，经偏振片指定方向过滤后的高能X射线。

任教华盛顿大学物理学系的首席研究员Henric Krawczynski教授说明：「IXPE测量目标的线性偏振，可得知黑洞周围的X射线，若能产生，那会生于何处。」 本篇研究论文11月3日发表于《科学》期刊。

IXPE观测的天鹅座X-1黑洞，是位于天鹅座，距离我们7，200光年之外，一对由21个太阳质量的黑洞，和41个太阳质量的恒星，互相为伴的X射线双星系统（x-ray binary， XRB）。 黑洞的重力正用力地把伴星的物质扯过去，这些恒星上的物质形成一股流体，流向黑洞，并围绕着黑洞旋转成吸积盘。 流体的摩擦生热，让温度高达数百万度，足以发出X射线。 然而吸积盘内是一个同时有摩擦力、磁力、重力的复杂环境，天文学家还未能厘清，这些物质是如何穿过事件视界掉入黑洞，以及部分物质又是如何从黑洞两极的喷流逃离。

NASA在国际太空站的中子星内部物质探测仪NICER（The Neutron star Interior Composition Explorer），和核光谱望远镜阵列NuSTAR（The Nuclear Spectroscopic Telescope Array）的太空望远镜，也在2022年5月和6月观测同个目标天鹅座X-1黑洞。 经分析比对黑洞周围所发出的X射线，让科学家描述黑洞吸积几何的样貌更加立体。

由IXPE对天鹅座X-1的测量，研究团队发现在黑洞周围2，000公里处，测得超热电浆区域所辐射的X射线。 X射线电浆分布显示正在远离黑洞，并向外延伸、平行于吸积盘、垂直于喷流。 推测X射线电浆，可能卷于物质流之间，或其实是从吸积盘的内部产生，而且吸积盘的范围比以前的认知，还更接近环境的边界。 这次的观测结果显示，IXPE能帮助科学家进一步地了解，黑洞的吸积和质量增长的过程。

此外，也发现X射线电浆区和吸积盘内侧的方向，并未平行于外侧吸积盘和伴星所绕行轨道平面。 可能是当初产生黑洞的超新星爆炸时，造成黑洞旋转和吸积环境之间有角度的差异。 这些剧烈的旋转，以及黑洞的重力，可能会让内侧盘内，产生更多的力矩扭转，导致靠近中心的空间扭曲

这回对黑洞的研究，科学家又进一步地往核心接近，黑洞附近的重力是如何扭曲空间和时间。 期待新见解让我们对黑洞的认识更加清晰。 （编译/潘康娴）

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图说：艺术家笔下的天鹅座X-1黑洞双星系统。 描绘黑洞吸积伴星的物质，和过程中产生的吸积盘。

资料来源：SPACE

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