第5章 天鹅座X－1 (2/6)

）和一颗恒星级黑洞（天鹅座x-1），绕着共同的质心旋转。它们的相互作用，是黑洞x射线辐射的“能量来源”。

2.1

蓝超巨星：被“喂养”的牺牲者

hde

是一颗o9.7型蓝超巨星，质量约20倍太阳，半径约15倍太阳，表面温度约k。它的亮度高达10?

l☉（太阳的100万倍），但因为距离地球6070光年，所以我们肉眼只能看到9等的光芒。

这颗蓝超巨星的命运很悲惨：它的伴星（天鹅座x-1）虽然看不见，但引力极强。通过观测hde

的光谱线摆动（多普勒效应），天文学家算出：

双星系统的轨道周期：5.6天；

轨道半长轴：0.2天文单位（au）（相当于太阳到火星距离的1\/5）；

黑洞质量：14.8±1.0倍太阳质量（远超奥本海默极限）。

这种近距离的绕转，意味着蓝超巨星的物质会被黑洞的引力“拉扯”——恒星的外层大气会被剥离，形成一条物质流，流向黑洞。这个过程叫质量转移，是黑洞x射线系统的“燃料供应”。

2.2

黑洞：隐藏的“引力陷阱”

天鹅座x-1的黑洞，是恒星级黑洞（由大质量恒星死亡坍缩形成）。它的质量约15倍太阳，事件视界半径约45公里（相当于一个小城市的大小）。

黑洞本身不会发光，但它的引力场会加热周围物质，产生x射线：

当蓝超巨星的物质流到达黑洞附近时，会被引力加速到接近光速；

物质在黑洞周围形成吸积盘（一个旋转的“物质环”）；

吸积盘内的物质互相摩擦，温度飙升至10?

k（比太阳核心还热100倍）；

高温等离子体发出热辐射，主要以x射线为主（波长约0.1-10纳米）。

2.3

周期性变化的秘密：轨道与吸积的节奏

天鹅座x-1的x射线亮度会周期性变化，原因有两个：

轨道相位：每5.6天，蓝超巨星转到黑洞的“背面”，物质流被恒星本身遮挡，x射线亮度下降；

吸积盘的振荡：吸积盘内的物质会因为引力不稳定而振荡，导致x射线辐射的强弱变化。

这种周期性变化，是天文学家确认双星系统的关键证据——它证明，x射线的来源是一个“受伴星影响的致密天体”。

三、x射线辐射：黑洞的“能量名片”

天鹅座x-1的x射线辐射，是它最显着的特征，也是研究黑洞物理的“窗口”。

3.1

x射线的产生：从吸积盘到热辐射

吸积盘是黑洞x射线辐射的核心。当天鹅座x-1吸积蓝超巨星的物质时，物质会沿着螺旋轨道落入黑洞，过程中释放的引力能，转化为热能和辐射能。

根据薄盘模型（shakura-sunyaev模型），吸积盘的温度分布是“内高外低”：

内盘（距离黑洞约3倍史瓦西半径）：温度高达10?

k，发出硬x射线（波长＜0.1纳米）；

外盘（距离黑洞约100倍史瓦西半径）：温度约10?

k，发出软x射线（波长＞0.1纳米）。

天鹅座x-1的x射线谱显示，它的辐射主要来自软x射线，说明吸积盘的质量

aretion

rate（单位时间内吸积的物质质量）较高——约10??

m☉\/年（相当于每1000年吸积一个地球质量）。

3.2

喷流：黑洞的“宇宙喷泉”

除了x射线，天鹅座x-1还会发出相对论性喷流——从黑洞两极喷出的高速等离子体流（速度接近光速）。