黑洞动态行为及周边地区第一次被XMM-Newton映射

黑洞电晕的动态行为（艺术家的印象）。

落入黑洞的材料铸造X射线进入太空 - 现在，首次，ESA的XMM-Newton X射线天文台使用了这种辐射的混响回波，以映射黑洞本身的动态行为和周围环境。

大多数黑洞在天空中太小了，让我们解决了他们的直接环境，但我们仍然可以通过观察与它附近的表现如何，探索这些神秘的物体，并落入他们。

当物质向黑洞盘旋时，它被加热并发出X射线，X射线在与附近的气体相互作用时反过来回荡和回荡。这些空间区域由于黑洞的极端性质和极强的重力而高度变形和扭曲。

研究人员首次使用了XMM-Newton来跟踪这些光呼应，并在活动星系的核心上映射黑洞的周围环境。黑洞的宿主星系名为IRAS 13224-3809，是天空中变化最大的X射线源之一，其亮度在短短几小时内就发生了非常大且迅速的亮度波动，约为50倍。

“每个人都熟悉他们的声音的回声在教室里与大教堂相比说话时的声音不同 - 这只是由于房间的几何形状和材料，这会导致声音行事和反弹，”威廉阿尔斯顿解释说英国剑桥大学，新研究的领先作者。

“以类似的方式，我们可以观察到X射线辐射的回声如何在黑洞附近传播，以便绘制出区域的几何形状以及一团物质在消失为奇点之前的状态。有点像宇宙回波定位。”

这些插图显示了使用ESA的XMM-Newton X射线观测所绘制的环境气体上的黑洞喂
养的周围环境。材料落入黑洞，螺旋形以形成扁平的盘，如图所示，加热它确实如此。在光盘的中心，靠近黑洞，一个非常热的电子区域 - 温度约为10亿度数 - 被称为电晕生产的高能量X射线，流入太空。新的
研究有使用这种辐射的混响回波，如XMM-Newton所观察到的，以映射黑洞的周围环境。该研究侧重于名为IRA 13224-3809的活跃星系的核心的黑洞，这是天空中最可变的X射线源之一，经历了非常大而快速的波动，仅在50倍的亮度下几个小时。跟
踪X射线回波，可以追踪电晕本身的动态行为，其中强烈的X射线发射源自。这里显示了电晕，随着悬停在黑洞上的明亮区域，尺寸和亮度变化。该研究发现，在iRAS 13224-3809内的黑洞的电晕尺寸非常迅速地变化，在几天内。

随着缺管气体的动态与消费黑洞的性质密切相关，威廉及其同事还能够通过观察其螺旋向内的物质的性质来确定银河系的中央黑洞的质量和旋转。

普遍存器的材料形成圆盘，因为它落入黑洞。在该盘上方呈现非常热的电子区域 - 温度约为10亿度数 - 称为电晕。虽然科学家预计将看到他们过去映射该地区几何的混响回波，但它们也意外地发现了一些意外的东西：电晕本身在几天内令人难以置信的速度变化。

“随着电晕的尺寸变化，光回声也是如此 - 如果大教堂天花板上下移动，那么就像上下移动，改变了声音的回声，”威廉添加了威廉。

“通过跟踪光的回声，我们能够跟踪到这种变化的电晕，而且，更令人兴奋的是，黑洞的质量和自旋得到的值比电晕的大小没有变化时要好得多。我们知道黑洞的质量不会波动，因此回声的任何变化都必须归因于气体环境。”

该研究使用了与XMM-Newton拍摄的增强黑洞的最长观察，2011年和2016年收集了16次航天器轨道，总计23天。

艺术家对Xmm-eweton的印象。

这将与黑洞本身的强大和短期变异相结合，允许威廉和合作者全面模拟回波的时间。

这项研究所探索的区域对像事件地平线望远镜这样的天文台来说是无法进入的，该望远镜设法在黑洞附近拍摄了有史以来的第一张气体照片，即位于附近巨大星系M87中心的气体。结果，基于2017年世界各地的无线电望远镜进行的观察结果并去年出版，立即成为全球性感。

“使用称为干涉测量法的方法获得了事件地平线望远镜图像 - 这是一种奇妙的技术，只能在最近的最近的超级分类黑洞到地球上工作，例如M87和我们家庭银河系中的银河系，因为他们的在天空中的表观尺寸足够大，因为这种方法可以很大，“Co-Author Michael Parker说，他是西班牙马德里州欧洲空间天文中心的ESA研究员。

“相比之下，我们的方法能够探测到近百个正在积极消耗物质的超大质量黑洞，而且随着ESA雅典娜卫星的发射，这个数目将大大增加。”

ESA的XMM-Newton SpaceSitory的X射线观察的大规模Galaxy M87的核心。
巨头椭圆星系，M87是几万亿星的家，使其成为当地宇宙中最具巨大的星系之一。大约5200万光年，它位于维戈集群的中心，最近到当地集团的最近的星系集群，我们自己的银河系Galaxy属于哪种。像
我们太阳这样的恒星一样大量的黑洞坐在M87的核心，以极其强烈的速度从其周围环境中的材料。黑洞的凸起产生强大的喷气机，发射靠近光速向外的精力粒子进入周围的簇环境，以及充气巨型气泡，使较冷的气体从集群中心提升并形成该图像中可见的丝
状结构。活动黑洞还产生冲击波，例如可以在图像的中心看到的圆形特征。此视图是
基于在0.3和7 kev的X射线能量上收集的数据，与史Xmm-epton epic相机2017年7月16日。图像跨越每侧40个Arcminutes.ESA / XMM-Newton;确
认：P. Rodriguez.

ESA雅典娜任务的核心科学目标是表征黑洞周围的环境，该任务计划于2030年代初发射，并将揭示炽热而充满活力的宇宙的秘密。

测量大量黑洞样品的质量，自旋和吸积率是了解整个宇宙重力的关键。

此外，由于超大质量黑洞与它们的宿主星系的属性紧密相关，因此这些研究对于进一步了解银河系随时间的形成和演化的方式也至关重要。

“XMM-Newton提供的大型数据集对于此结果至关重要，”诺伯特Schartel，ESA XMM-Newton项目科学家说。

“混响映射是一种令人兴奋的技术，即在未来几年内承诺揭示大量黑洞和更广泛的宇宙。我希望XMM-Newton在未来几年内将对多个活跃星系进行类似的观测活动，以便在Athena发射时完全确立该方法。”

有关此研究的更多信息，请使用“宇宙回声位置”读取天文学家地图黑洞环境。

参考：William N. Alston，Andrew C. Fabian，Erin Kara，Michael L. Parker，Michal Dovciak，Ciro Pinto，Jiachen Jiang，Matthew J. Middleton撰写的“通过X射线混响映射在活跃银河系中形成的动态黑洞电晕”，乔凡尼·米尼蒂（Giovanni Miniutti），多米尼克·沃尔顿（Dominic J.Walton），丹·威尔金斯（Dan R. ，Andrew J. Young和Abderahmen Zogbhi，2020年1月20日，自然天文学。DOI：
10.1038 / s41550-019-1002-x