近日，上海天文臺觀測高能天體物理組的科研團隊利用硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星（Hard X-ray Modulation Telescope，簡稱HXMT，中文“慧眼衛(wèi)星”）在著名黑洞雙星天鵝座X1的軟譜態(tài)時探測到88mHz的高能準周期振蕩信號，相關(guān)研究工作已發(fā)表在國際期刊《天體物理學(xué)期刊》（Astrophysical Journal）上。

　　著名的黑洞X射線雙星系統(tǒng)——天鵝座X1是上世紀六十年代最早發(fā)現(xiàn)的X射線源之一，它由一顆大質(zhì)量的O型恒星和一個黑洞組成，二者相互繞轉(zhuǎn)，恒星星風(fēng)物質(zhì)被黑洞吸積，并從黑洞中持續(xù)輻射出較強的X射線，這一特點使它成為少數(shù)幾個已知的黑洞X射線雙星之一。最新的測量結(jié)果顯示它距離地球大約7200光年，雙星系統(tǒng)中的黑洞質(zhì)量大約21倍太陽質(zhì)量[1]，是銀河系中已知黑洞質(zhì)量最大的恒星級黑洞，也是銀河系中唯一已知的黑洞大質(zhì)量X射線雙星。

　　科研人員表示，本次研究使用了我國“慧眼衛(wèi)星”的觀測數(shù)據(jù)?！盎垩坌l(wèi)星”是中國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星，覆蓋能量范圍1--250 keV，是既可以實現(xiàn)寬波段、大視場X射線巡天又能夠研究黑洞、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，同時也是具有高靈敏度的伽馬射線暴全天監(jiān)視儀，于2017年6月15日發(fā)射。升空后的第二天，慧眼衛(wèi)星就對第一目標——天鵝座X-1進行了觀測。

　　上海天文臺觀測高能天體物理組成員分析了“慧眼衛(wèi)星”對天鵝座X1的觀測數(shù)據(jù)，在曝光時間最長的一次觀測中（約15萬秒），“慧眼衛(wèi)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(xiàn)準周期振蕩信號。通過對該準周期振蕩信號的頻率、相干性、幅度以及隨能量的變化等性質(zhì)的研究，科研人員們發(fā)現(xiàn)，具有大質(zhì)量恒星的天鵝座X1與銀河系中占多數(shù)的小質(zhì)量黑洞X射線雙星在低頻準周期振蕩的性質(zhì)表現(xiàn)出不同的特征。

　　值得注意的是，本次上海天文臺的科研人員通過“慧眼衛(wèi)星”數(shù)據(jù)探測到的天鵝座X1準周期振蕩信號是在軟態(tài)時發(fā)生的，而過去在黑洞雙星中發(fā)現(xiàn)的準周期振蕩信號，大都是在黑洞雙星處于硬譜態(tài)時探測到的。雖然之前在RXTE衛(wèi)星[2]時代，人們也曾在天鵝座X1中可能探測到了類似準周期振蕩信號，但是從未在50keV以上的硬X射線能量范圍探測到。因此，該探測結(jié)果充分顯示了我國慧眼X射線天文衛(wèi)星在高能硬X射線的觀測優(yōu)勢。

　　同時，該發(fā)現(xiàn)對理解大質(zhì)量X射線雙星中的毫赫茲準周期振蕩（頻率<100mHz）現(xiàn)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云中的大質(zhì)量黑洞X射線雙星LMC X-1。它長期處于軟譜態(tài)中，科學(xué)家們偶爾也能探測到幾十毫赫茲左右的準周期振蕩。上海天文臺的科研人員認為，在大麥哲倫星云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(chǎn)生的，且類似的毫赫茲準周期振蕩在其它類型的大質(zhì)量X射線雙星中也都發(fā)現(xiàn)過，比如大質(zhì)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(fā)現(xiàn)可能暗示著這種毫赫茲準周期振蕩和星風(fēng)吸積模式有關(guān)。

　　該論文第一作者閆震副研究員承擔(dān)了空間科學(xué)衛(wèi)星科學(xué)研究聯(lián)合基金培育項目。上海天文臺高能觀測課題組負責(zé)承擔(dān)了空間科學(xué)衛(wèi)星科學(xué)研究聯(lián)合基金重點項目。該工作由中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項慧眼衛(wèi)星數(shù)據(jù)支持。

　　[1] Miller-Jones 等，“Cygnus X-1 contains a 21–solar mass black hole—Implications for massive star winds”，2021，Science，371，1046

　　[2] RXTE衛(wèi)星：https://www.nasa.gov/centers/goddard/missions/rxte.html

　　科學(xué)聯(lián)系人：

　　閆震，中國科學(xué)院上海天文臺，zyan@shao.ac.cn

　　余文飛，中國科學(xué)院上海天文臺，wenfei@shao.ac.cn

　　張雙南（慧眼衛(wèi)星首席科學(xué)家），中國科學(xué)院高能物理研究所，zhangsn@ihep.ac.cn

　　論文鏈接：

　　https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac0f7b

　　課題組網(wǎng)頁：

　　http://202.127.29.4/wenfei/Homepage.html

　　天鵝座X1的藝術(shù)想象圖（來自NASA/CXC/M.Weiss） 

　　慧眼衛(wèi)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（摘自Yan, Rappisarda & Yu, 2021, ApJ,919,46）。