一项创纪录的气球望远镜任务让科学家们离揭开黑洞如何释放巨大能量和光线的谜团更近了一步。一个国际物理学家团队，包括来自圣路易斯华盛顿大学的科学家，已收集到新的测量数据，这些数据揭示了黑洞如何吸积周围物质并释放出巨量的辐射和能量。
该团队将一台名为XL-Calibur的气球载望远镜对准了天鹅座X-1（Cygnus X-1），这是一个已被深入研究、距离地球约7000光年的黑洞。圣路易斯华盛顿大学物理学威尔弗雷德·R·和安·李·科内克杰出教授、麦克唐纳空间科学中心研究员亨里克·克劳钦斯基（Henric Krawczynski）表示：“我们进行的观测将被科学家们用来测试日益逼真、最先进的、模拟黑洞附近物理过程的计算机模拟。”
测量黑洞附近的偏振光
XL-Calibur的设计目的是测量光的偏振，这是一种描述电磁振动方向的特性。通过研究这种光的偏振方式，科学家可以获得关于以极高速度围绕黑洞旋转的极热气体和碎片物质的形状与行为的宝贵线索。
最近发表在《天体物理学杂志》上的一篇论文展示了天鹅座X-1观测的最新结果，并报告了对该黑洞硬X射线偏振迄今最精确的测量。该论文包括许多华盛顿大学研究人员的贡献，其中研究生埃弗拉姆·高（Ephraim Gau）和博士后研究员胡坤（Kun Hu）担任通讯作者。
高说：“如果我们试图在天空中寻找天鹅座X-1，我们寻找的是一个非常微小的X射线光点。因此，当我们无法从地球上拍摄正常照片时，偏振对于了解黑洞周围发生的所有情况非常有用。”
穿越北半球的气球飞行
这些发现来自XL-Calibur于2024年7月从瑞典到加拿大的气球飞行。在此次任务中，该仪器还收集了来自蟹状脉冲星及其周围星云风的数据，这是天空中最明亮、最稳定的X射线源之一。
克劳钦斯基指出，2024年的飞行创造了多项技术里程碑，包括对天鹅座X-1和蟹状脉冲星的详细测量。
XL-Calibur合作者、瑞典皇家理工学院教授马克·皮尔斯（Mark Pearce）表示：“与华盛顿大学的同事以及美国和日本的其他团队在XL-Calibur项目上合作，收获极其丰厚。我们对蟹状脉冲星和天鹅座X-1的观测清楚地表明，XL-Calibur的设计是可靠的。我非常希望我们现在能够以新的气球飞行在这些成功的基础上再接再厉。”
展望未来任务
该团队的目标是在望远镜下一次计划于2027年从南极洲发射时，观测更多的黑洞和中子星。通过扩大研究的天体范围，研究人员希望更完整地描绘物质在这些极端环境中的行为。
该项目首席研究员克劳钦斯基补充说：“结合来自美国国家航空航天局卫星（如IXPE）的数据，我们可能很快就有足够的信息在未来几年内解决关于黑洞物理学的长期悬而未决的问题。”
全球性的科学努力
XL-Calibur项目得到了广泛机构合作的支持，包括华盛顿大学、新罕布什尔大学、大阪大学、广岛大学、宇宙科学研究所/日本宇宙航空研究开发机构、斯德哥尔摩瑞典皇家理工学院、戈达德太空飞行中心（以及沃洛普斯飞行研究所），以及另外13个研究组织。
圣路易斯华盛顿大学团队还感谢美国国家航空航天局通过拨款80NSSC20K0329、80NSSC21K1817、80NSSC22K1291、80NSSC22K1883、80NSSC23K1041和80NSSC24K1178提供的资助，以及圣路易斯华盛顿大学麦克唐纳空间科学中心的支持。
