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利用美国宇航局IXPE（成像x射线偏振探测器）任务的数据，新发现提供了前所未有的洞察，了解了对黑洞很重要的结构——日冕的形状和性质。
日冕是一个移动的等离子体区域，是物质流向黑洞的一部分，科学家对这一点只有理论上的了解。新的结果首次揭示了日冕的形状，并可能帮助科学家理解日冕在喂养和维持黑洞中的作用。
这张围绕黑洞旋转的物质图突出了一个特殊的特征，称为“日冕”，它在x射线中发出明亮的光芒。在这幅图中，日冕可以被看作是漂浮在下面吸积盘上方的紫色薄雾，并向其内缘略微延伸。内部吸积盘内的物质非常热，会发出令人眩目的蓝白光，但这里的亮度已经降低，使日冕在更好的对比度下更加突出。它的紫色纯粹是说明性的，代替了在可见光下不明显的x射线辉光。盘面的扭曲是黑洞巨大引力像光学透镜一样作用的真实表现，扭曲了我们对环绕它的平盘的看法。美国航天局/ Caltech-IPAC /罗伯特伤害
许多黑洞都被吸积盘包围着，这是一种充满碎片的气体漩涡。黑洞之所以如此命名，是因为连光都无法逃脱它们巨大的引力。一些黑洞也有相对论性喷流——黑洞在积极吞噬周围物质时，以高速将超强的物质喷射到太空中。
也许不太为人所知的是，黑洞就像地球的太阳和其他恒星一样，也有一个过热的日冕。太阳的日冕是太阳最外层的大气层，其燃烧温度约为180万华氏度，而黑洞日冕的温度估计为数十亿华氏度。
天体物理学家此前在恒星质量黑洞（由恒星坍缩形成）和超大质量黑洞（如银河系中心的黑洞）中发现了日冕。
“科学家们长期以来一直在推测日冕的组成和几何形状，”阿拉巴马州亨茨维尔美国宇航局马歇尔太空飞行中心的博士后研究员琳恩·萨德说，她是这项新发现的主要作者。“它是黑洞上方和下方的球体，还是由吸积盘产生的大气，又或者是位于喷流底部的等离子体？”
IXPE专门研究x射线偏振，这种光的特性有助于绘制出最强大的能源的形状和结构，即使物体太小、太亮或太远而无法直接看到，也能照亮它们的内部工作原理。就像我们可以在日全食期间安全地观察太阳的日冕一样，IXPE提供了清晰地研究黑洞吸积几何形状或吸积盘的形状和结构以及包括日冕在内的相关结构的方法。
“x射线偏振提供了一种检查黑洞吸积几何的新方法，”Saade说。“如果无论质量如何，黑洞的吸积几何形状都是相似的，那么我们预计它们的极化特性也是如此。”
IXPE证明，在所有可以通过偏振直接测量日冕特性的黑洞中，日冕被发现与吸积盘在同一方向上延伸，这首次提供了日冕形状的线索以及它与吸积盘关系的明确证据。该结果排除了日冕形状像悬停在圆盘上方的灯柱的可能性。
研究小组研究了IXPE对12个黑洞的观测数据，其中包括天鹅座X-1和天鹅座X-3，分别距离地球约7000光年和3.7万光年的恒星质量双黑洞系统，以及LMC X-1和LMC X-3，距离地球超过16.5万光年的大麦哲伦星云中的恒星质量黑洞。IXPE还观测到了一些超大质量黑洞，包括距离地球1300万光年的环座星系中心的黑洞，以及分别位于4700万光年和近6200万光年远的NGC 1068和NGC 4151星系中的黑洞。
恒星质量黑洞的质量通常是太阳的10到30倍，而超大质量黑洞的质量可能是太阳的数百万到数百亿倍。尽管在规模上存在巨大差异，但IXPE的数据表明，这两种类型的黑洞产生的吸积盘几何形状相似。
马歇尔天体物理学家菲利普·卡雷特（Philip Kaaret）是IXPE任务的首席研究员，他说，这很令人惊讶，因为这两种类型的物质被喂食的方式完全不同。
他说：“恒星质量的黑洞会从伴星中撕裂质量，而超大质量黑洞会吞噬周围的一切。”“然而，吸积机制的运作方式大致相同。”
Saade说，这是一个令人兴奋的前景，因为它表明，对恒星质量黑洞的研究——通常比它们大得多的表亲离地球近得多——也有助于揭示超大质量黑洞的特性。
接下来，研究小组希望对这两种类型进行更多的检查。
Saade预计从这些庞然大物的x射线研究中可以收集到更多信息。“IXPE为x射线天文学提供了很长一段时间以来的第一次机会，揭示了吸积的潜在过程，并解开了关于黑洞的新发现，”她说。
完整的研究结果发表在最新一期的《天体物理学杂志》上。
更多关于IXPE的信息
IXPE是美国宇航局和意大利航天局与12个国家的合作伙伴和科学合作者共同开展的一项联合任务，它继续提供前所未有的数据，使有关宇宙中天体的突破性发现成为可能。IXPE由马歇尔领导。总部位于科罗拉多州布鲁姆菲尔德的鲍尔航空航天公司与位于博尔德的科罗拉多大学大气与空间物理实验室一起管理航天器的运行。
