黑洞雙星天鵝座X-1研究獲進展

最近，中國科學院上海天文臺觀測高能天體物理組研究團隊利用硬X射線調制望遠鏡衛星（「慧眼衛星」）在著名黑洞雙星天鵝座X1的軟譜態時探測到88mHz的高能準周期振蕩信號，相幹研究工作已發表在《天體物理學期刊》（ Astrophysical Journal ）上。

著名的黑洞X射線雙星系統——天鵝座X1是上世紀六十年代最早發現的X射線源之一，它由一顆大質量的O型恒星和一個黑洞組成，二者相互繞轉，恒星星風物質被黑洞吸積，並從黑洞中持續輻射出較強的X射線，這一特點使它成為少數幾個已知的黑洞X射線雙星之一。最新的測量結果顯示它距離地球大約7200光年，雙星系統中的黑洞質量大約21倍太陽質量，是銀河系中已知黑洞質量最大的恒星級黑洞，也是銀河系中唯一已知的黑洞大質量X射線雙星。

「慧眼衛星」是中國第一顆空間X射線天文衛星，覆蓋能量範圍1–250 keV，是既可以實現寬波段、大視場X射線巡天，能夠研究黑洞、中子星等高能天體的短時標光變和寬波段能譜的空間X射線天文望遠鏡，也是具有高靈敏度的伽馬射線暴全天監視儀。升空後的第二天，「慧眼衛星」就對第一目標——天鵝座X-1進行了觀測。

該團隊分析了「慧眼衛星」對天鵝座X1的觀測數據，在曝光時間最長的一次觀測中（約15萬秒），「慧眼衛星」的低、中、高能探測器獨立顯著地探測到一個頻率在88mHz的暫現準周期振蕩信號。通過對該準周期振蕩信號的頻率、相關性、幅度以及隨能量的變化等性質的研究，研究人員發現，具有大質量恒星的天鵝座X1與銀河系中占多數的小質量黑洞X射線雙星在低頻準周期振蕩的性質表現出不同的特征。

值得注意的是，該研究中通過「慧眼衛星」數據探測到的天鵝座X1準周期振蕩信號是在軟態時發生的，而過去在黑洞雙星中發現的準周期振蕩信號，大都是在黑洞雙星處於硬譜態時探測到的。雖然之前在RXTE衛星時代，人們也曾在天鵝座X1中可能探測到類似準周期振蕩信號，但是從未在50keV以上的硬X射線能量範圍探測到。因此，該探測結果顯示了我國慧眼X射線天文衛星在高能硬X射線的觀測優勢。

同時，該發現對理解大質量X射線雙星中的毫赫茲準周期振蕩（頻率<100mHz）現象提供了重要線索，可能為揭示包括X射線脈沖星和近鄰星系超亮X射線源的吸積模式開辟新的研究方向。與天鵝座X1類似的還有大麥哲倫星雲中的大質量黑洞X射線雙星LMC X-1。它長期處於軟譜態中，科學家們偶爾也能探測到幾十毫赫茲左右的準周期振蕩。上海天文臺研究人員認為，在大麥哲倫星雲LMC X-1探測到的準周期振蕩很可能和本次在天鵝座X1中探測到的毫赫茲準周期振蕩是由同一種機制產生的，且類似的毫赫茲準周期振蕩在其他類型的大質量X射線雙星中也都發現過，比如大質量X射線雙星中的吸積脈沖星和近鄰星系中的超亮X射線源。因此，這種發現可能暗示著這種毫赫茲準周期振蕩和星風吸積模式有關。

天鵝座X1的藝術想像圖（來自NASA/CXC/M.Weiss）

慧眼衛星三個儀器低能、中能和高能探測器對毫赫茲準周期振蕩信號的獨立探測

來源：中國科學院上海天文臺