研究人員最近對一個名為天鵝座X-1的恆星質量的黑洞的觀測揭示了關於緊緊圍繞黑洞的區域中極熱物質的配置的新細節。當物質被拉向黑洞時，它被加熱到數百萬度。這種熱物質在X射線下發光。研究人員正在利用對這些X射線偏振的測量來測試和完善描述黑洞如何吞噬物質的模型，從而成為宇宙中一些最發光的光源–包括X射線。

天鵝座X-1系統的藝術家印像圖，黑洞出現在中間，其伴星在左邊。11月3日在《科學》雜誌上報導的天鵝座X-1的新測量結果，代表了美國宇航局和意大利航天局的國際合作項目–成像X射線偏振探測儀（IXPE）任務對一個產生質量的黑洞的首次觀測。資料來源：John Paice

來自天鵝座X-1的新測量結果最近發表在《科學》雜誌上，代表了美國宇航局和意大利航天局（ASI）之間的國際合作項目–成像X射線偏振探測儀（IXPE）任務對一個創造質量的黑洞的首次觀測。天鵝座X-1是我們銀河系中最明亮的X射線源之一，由一個21個太陽質量的黑洞和一個41個太陽質量的伴星組成。

“以前對黑洞的X射線觀測只測量了熱等離子體向黑洞螺旋運動的X射線的到達方向、到達時間和能量，”主要作者Henric Krawczynski說，他是聖路易斯華盛頓大學文理學院的Wayman Crow物理學教授和該大學麥克唐納空間科學中心的一名教員。”IXPE還測量它們的線性偏振，它攜帶著關於X射線如何發射的信息–以及它們是否以及在哪裡從靠近黑洞的物質上散射出去。”

沒有任何光線，甚至是X射線的光線可以從黑洞的事件視界內逃脫。用IXPE探測到的X射線是由黑洞60公里直徑的事件穹界周圍2000公里直徑區域的熱物質或等離子體發出的。

將IXPE數據與美國宇航局NICER和NuSTAR X射線觀測站在2022年5月和6月的同步觀測相結合，使作者能夠約束等離子體的幾何形狀–即形狀和位置。

研究人員發現，該等離子體垂直於一個兩面的鉛筆形等離子體外流或噴流延伸，這在早期的無線電觀測中得到了體現。X射線偏振方向和噴流方向的一致有力地支持了這樣一個假設，即靠近黑洞的X射線明亮區域的過程在發射噴流中起著關鍵作用。

觀測結果與預測模型相吻合，即熱等離子體的日冕要么夾住了向黑洞旋轉的物質盤，要么取代了該盤的內部部分。新的偏振數據排除了黑洞的日冕是一個狹窄的等離子體柱或沿噴流軸的錐體的模型。

科學家們指出，更好地了解黑洞周圍等離子體的幾何形狀可以揭示出許多關於黑洞的內部運作以及它們如何增加質量的信息。

這些新的見解將能夠改進對黑洞附近的空間和時間的重力曲線的X射線研究。與天鵝座X-1黑洞具體相關的是，IXPE觀測顯示，吸積流比以前認為的更加邊緣化。這可能是黑洞的赤道面和雙星的軌道面錯位的標誌，或者說是黑洞及其伴星的配對組合，該系統可能在黑洞原生星爆炸時獲得了這種錯位。

IXPE任務使用了美國宇航局馬歇爾太空飛行中心製造的X射線反射鏡和由ASI、國家天體物理研究所（INAF）和國家核物理研究所合作提供的焦平面儀器，除了天鵝座X-1之外，IXPE還被用來研究廣泛的極端X射線源，包括質量增加的中子星、脈衝星和脈衝星風星雲、超新星遺跡、銀河系中心和活動星系核。

同期《科學》雜誌上的第二篇論文由帕多瓦大學的Roberto Taverna領導，描述了IXPE對來自磁星4U 0142+61的高偏振X射線的探測。