科学家绘制了遥远中子星系统中的阵风图

吸积盘是一个巨大的气体和尘埃漩涡，当它从附近的恒星吸取物质时，它像棉花糖一样聚集在黑洞或中子星周围。当圆盘旋转时，它会掀起强大的风，推动和拉动蔓延、旋转的等离子体。这些大量的外流可以通过加热和吹走周围的气体和尘埃来影响黑洞的周围。

在巨大的尺度上，“盘风”可以提供超大质量黑洞如何塑造整个星系的线索。天文学家已经在许多系统中观察到盘风的迹象，包括吸积黑洞和中子星。但迄今为止，他们只瞥见了这种现象的非常狭隘的观点。

现在，麻省理工学院的天文学家在 Hercules X-1 中观察到了更广泛的风带，在这个系统中，一颗中子星正在从一颗类太阳恒星中吸取物质。这颗中子星的吸积盘是独一无二的，因为它在旋转时会摆动或“进动”。通过利用这种摆动，天文学家首次捕捉到旋转圆盘的不同视角，并创建了其风的二维地图。

新地图揭示了风的垂直形状和结构，以及它的速度——大约每秒数百公里，或大约每小时一百万英里，这是吸积盘可以旋转的较温和的一端。

如果天文学家能够在未来发现更多摇摆不定的系统，该团队的测绘技术将有助于确定盘风如何影响恒星系统甚至整个星系的形成和演化。

“在未来，我们可以绘制一系列物体中的盘风，并确定风的特性如何变化，例如，随着黑洞的质量，或者它正在吸积多少物质，”麻省理工学院的 Kavli 天体物理和空间研究所。“这将有助于确定黑洞和中子星如何影响我们的宇宙。”

Kosec 是《自然天文学》上发表的一项研究的主要作者 。他在麻省理工学院的合著者包括 Erin Kara、Daniele Rogantini 和 Claude Canizares，以及来自多个机构的合作者，包括英国剑桥天文研究所

固定瞄准具

盘风最常在 X 射线双星系统中观察到——黑洞或中子星从密度较低的物体中吸取物质，并产生白热的吸气物质圆盘，以及流出的风。风究竟是如何从这些系统中发射出来的还不清楚。一些理论提出，磁场可以撕碎圆盘并将一些物质作为风向外排出。其他人则认为，中子星的辐射会在白热的阵风中加热并蒸发圆盘的表面。

风的起源线索可以从其结构中推断出来，但盘风的形状和范围一直难以确定。大多数双星产生的吸积盘形状相对均匀，就像在一个平面上旋转的薄薄的气体甜甜圈。从遥远的卫星或望远镜研究这些圆盘的天文学家只能在相对于旋转圆盘的固定和狭窄范围内观察圆盘风的影响。因此，天文学家设法探测到的任何风都只是其较大结构的一小部分。

“我们只能在一个点探测风的特性，而我们完全看不到那个点周围的一切，”Kosec 指出。

2020 年，他和他的同事们意识到，一个双星系统可以提供更广泛的盘风视野。大力神 X-1 因其扭曲的吸积盘而从大多数已知的 X 射线双星中脱颖而出，吸积盘在围绕系统的中央中子星旋转时摇摆不定。

“随着时间的推移，圆盘每 35 天就会摇摆一次，风从圆盘的某个地方开始，随着时间的推移在圆盘上方不同的高度穿过我们的视线，”Kosec 解释道。“这是该系统的一个非常独特的特性，它使我们能够更好地了解其垂直风特性。”

扭曲的摆动

在这项新研究中，研究人员使用两台 X 射线望远镜——欧洲航天局的 XMM 牛顿望远镜和宇航局的钱德拉天文台——对大力神 X-1 进行了观测。

“我们测量的是 X 射线光谱，这意味着到达我们探测器的 X 射线光子数量与其能量的关系。我们测量吸收线，或在非常特定的能量下缺乏 X 射线光，”Kosec 说。“根据不同线条强度的比率，我们可以确定盘风中的温度、速度和等离子体量。”

凭借大力神 X-1 的翘曲圆盘，天文学家能够看到圆盘的线条在摆动和旋转时上下移动，类似于从侧面观察时翘曲的唱片似乎在振荡的方式。其效果是，研究人员可以在相对于圆盘变化的高度观察到圆盘风的迹象，而不是在均匀旋转的圆盘上方的单一固定高度。

通过测量磁盘随时间摆动和旋转时的 X 射线发射和吸收线，研究人员可以扫描相对于其磁盘的不同高度处的风的温度和密度等特性，并构建风的二维图垂直结构。

“我们看到的是，随着磁盘在空间中的膨胀，风从圆盘上升，与圆盘成大约 12 度角，”Kosec 说。“它也变得更冷、更结块，并且在圆盘上方更高的高度变得更弱。”

该团队计划将他们的观察结果与各种风力发射机制的理论模拟进行比较，看看哪一个最能解释风力的起源。在更远的地方，他们希望发现更多扭曲和摇摆的系统，并绘制出他们的盘风结构图。然后，科学家们可以更广泛地了解盘风，以及这种外流如何影响周围环境——尤其是在更大的范围内。

“超大质量黑洞如何影响星系的形状和结构?” 麻省理工学院 1958 届职业发展助理教授 Erin Kara 提出。“一个主要的假设是，从黑洞发射的盘风会影响星系的外观。现在我们可以更详细地了解这些风是如何产生的，以及它们的样子。”

这项研究得到了 NASA 的部分支持。