高海拔望远镜刚刚改写了我们对黑洞的认知

研究团队将名为XL-Calibur的气球载望远镜对准天鹅座X-1——一个距离地球约7000光年、研究较为深入的黑洞。“我们的观测数据将被科学家用于测试日益逼真、最先进的黑洞附近物理过程计算机模拟，”圣路易斯华盛顿大学物理学教授、McDonnell空间科学中心研究员亨里克·克劳琴斯基（Henric Krawczynski）表示。

测量黑洞附近的偏振光
XL-Calibur旨在测量光的偏振特性——即描述电磁振动方向的特性。通过研究光的偏振方式，科学家能够获得关于高速旋转的黑洞周围极热气体和碎片的形状及行为的宝贵线索。

《天体物理学杂志》近期发表的一篇论文公布了天鹅座X-1观测的最新结果，并报告了迄今对该黑洞硬X射线偏振最精确的测量。该论文包含了许多华盛顿大学研究人员的贡献，包括研究生 Ephraim Gau 和博士后研究员 Kun Hu，他们担任通讯作者。

“如果我们试图在天空中找到天鹅座X-1，看到的将是一个非常微小的X射线光点，”Gau说，“因此，当我们无法从地球拍摄正常照片时，偏振现象有助于了解黑洞周围发生的一切。”

北半球的气球飞行
这些发现来自XL-Calibur于2024年7月从瑞典飞往加拿大的气球飞行任务。在此次任务中，该仪器还收集了蟹状脉冲星及其周围风星云的数据，蟹状脉冲星是天空中最亮、最稳定的X射线源之一。

克劳琴斯基指出，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。

“与华盛顿大学的同事以及美国和日本的其他团队在XL-Calibur项目上的合作非常有意义，”XL-Calibur合作者、瑞典皇家理工学院教授马克·皮尔斯（Mark Pearce）说，“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在这些成功的基础上进行新的气球飞行。”

展望未来任务
该团队计划在2027年从南极洲进行下一次望远镜发射，届时将观测更多的黑洞和中子星。通过扩大研究对象的范围，研究人员希望更全面地了解物质在这些极端环境中的行为。

“结合美国宇航局IXPE等卫星的数据，我们可能很快就会获得足够的信息，在未来几年内解决关于黑洞物理学的长期问题，”该项目首席研究员克劳琴斯基补充道。

全球科学合作
XL-Calibur得到了广泛的机构合作支持，包括圣路易斯华盛顿大学、新罕布什尔大学、大阪大学、广岛大学、日本宇宙航空研究开发机构宇宙科学研究所（ISAS/JAXA）、斯德哥尔摩皇家理工学院（KTH）以及戈达德太空飞行中心（和沃洛普斯飞行设施），还有另外13个研究组织。

圣路易斯华盛顿大学团队还感谢美国宇航局通过拨款80NSSC20K0329、80NSSC21K1817、80NSSC22K1291、80NSSC22K1883、80NSSC23K1041和80NSSC24K1178提供的资金支持，以及圣路易斯华盛顿大学McDonnell空间科学中心的支持。