天鹅座黑洞X-1极速自旋的确认

Using the ASCA and Chandra observations, Gou et al. (2011) obtained the spin parameter for the first stellar-mass black hole candidate, Cygnus X-1, and found the black hole is spinning maximally, which is one of two maximally spinning stellar-mass black holes known. It is noted that one caveat discussed in Gou et al. (2011) is that the scattering fraction is relatively large (>=23%). In addition, Steiner et al. (2009) shows an empirical result that that the spin result will become unstable given the scattering fraction factor is larger than 25%. By and large, if the scattering fraction is smaller, the result will be much more reliable. Therefore, we need more observation with smaller scattering fraction (<20%) to check the extreme spin of Cygnus X-1. Fortunately, we made many more observations using the X-ray satellites of Chandra, Suzaku, Swift, etc while Cygnus X-1 was in its high/soft state in 2011. The preliminary analysis to these data shows that one of the Chandra observations give an pretty low scattering fraction, around 12%, which is ideal for the reliable spin measurement, and some of the other observations also give the modest scattering fraction (~20%). We hope that these detailed analysis to these new observations could give the consistent result as before, hence confirming that the black hole in Cygnus X-1 is spinning maximally.

Gou et al.(2011)对第一个黑洞候选者，天鹅座黑洞，利用X射线卫星的观测数据，得到了黑洞的转动参数接近于理论最大值，是目前所知转动最快的两个恒星级黑洞之一。在Gou et al.(2011)结果当中， 一个注意说明是所有光谱拟合所得的高能散射因子(简称f因子)都偏高(>=23%)。 Steiner et al. (2009)结果表明当f因子高于25%时，所得角动量结果的不确定性会增高。所以我们需要具有较低高能散射因子的观测来验证我们关于天鹅座黑洞角动量的结果。我们又于2011年对此黑洞进行了将近十次的观测，简单的数据分析表明其中Chandra卫星的观测数据给出的高能散射因子大约为12%，是理想的黑洞角动量测定光谱，其他一些光谱也给出适中的高能散射因子。我们希望通过对这些新光谱的分析，来确认天鹅座黑洞的确是在以接近最大值的速度自转。

黑洞是宇宙间最为神奇的天体, 仅仅需要三个物理量就可以表征它. 对于天体物理中的黑洞更为简单,只需质量和角动量两个参量就可以完整描述. 天鹅座黑洞X-1做为人类历史上发现的第一颗黑洞, 苟利军及其合作者在2011年通过射电, 光学和X射线波段, 分别精确得到了精确的质量和角动量. 苟利军(2011)利用连续谱方法,利用三次X射线观测数据. 得到了黑洞的角动量. 其中一次观测来自于1996年日本ASCA和美国RXTE的联合联合观测, 另外两次光谱来自于2010的Chandr和RXTE联合观测. 如果用无量纲的自旋参数(绝对值的最大值为1, 变化范围为0到1)来表征黑洞角动量, 天鹅座黑洞的自旋参数极度接近于1, 也就是极度kerr黑洞. 在2011年使用的数据当中, 只有1996的数据较为可靠,满足连续谱测量的条件. 我们需要更多更好的数据来确认极度kerr黑洞的结果. 所以我们在2011年利用天鹅座黑洞处于高软态的时候, 利用Chandra和RXTE, Suzaku, 以及swift和RXTE卫星对此源进行了观测. 观测数据表明, Chandra和RXTE数据是目前最好的数据, 总共得到6个有用的光谱. 分析结果表明天鹅座黑洞的确以极端科尔的方式在转动, 从而确认了我们之前的结果. 文章已经完成, 投往美国的天体物理学杂志(astrophysical journal), 同时在arxiv的连接为http://arxiv.org/abs/1308.4760.