在银河系以及系外星系中，存在着黑洞X双星系统。 其主星是质量为几个甚至几十个太阳质量的黑洞，而伴星可能是正常恒星，白矮星，中子星等等。在此系统中，伴星中的物质通过星风或者所谓的罗西瓣被黑洞吸积。现在观点普遍认为， 吸积物质间的粘滞机制不仅可以帮助物质向内运动在黑洞周围形成盘状结构（即吸积盘）， 而且可以有效释放吸积盘物质引力能，使其被加热产生多波段辐射。 当该系统处于爆发态时，其主要辐射集中在X射线波段。

在对黑洞X射线双星的观测中， 高时间分辨率数据让我们认识到， 其X射线辐射从短时标（0.01秒）到长时标（1000秒）都存在光变（时变）。对时域光变信号进行傅里叶变换后便得到了频域功率密度谱（power density spectrum; 简称功率密度谱）。 该功率谱的一个典型特征是， 在低频（0.1-10Hz）处观测到一个显著的峰值结构， 并且该峰值结构有一定的延展。 这说明黑洞双星的X射线辐射存在低频的准周期光变， 即低频准周期振荡。

X射线辐射的低频准周期振荡从发现至今已有20多年， 可是对其物理起源依然未知。 在上个世纪90年代， Lense-Thirring进动作为低频准周期振荡的一种可能物理起源引起人们的关注。 当一个检验粒子围绕黑洞转动的角动量方向与黑洞自旋角动量方向不一致时， 检验粒子会因为黑洞强引力场的frame-dragging效应， 绕着黑洞自旋轴以一定频率进动。 基于此， 有相关研究工作认为，观测到低频准周期振荡起源于在黑洞附近的X射线辐射区域的Lense-Thirring进动。

然而， 目前尚不明确Lense-Thirring进动导致的光变幅度，因此无法与观测值对比。 近日，通过蒙特•卡罗（Monte Carlo）模拟，武汉大学天体物理中心游贝研究员定量地分析了，在黑洞X射线双星中由于Lense-Thirring进动导致的光变幅度。目前该工作已被天文学国际核心期刊《天体物理杂志》（ApJ）所正式发表。

该工作从模型角度， 在假设Lense-Thirring进动为低频准周期振荡机制的前提下，定量计算黑洞X射线双星在不同光子能量的光变幅度。该工作的意义在于，能帮助我们直接地分析、理解Lense-Thirring进动引起的光变幅度。通过与观测数据（比如低频准周期振荡频率以及光变幅度等）的对比， 验证该物理过程是否能够解释低频准周期振荡。 同时， 利用观测数据我们得以探测黑洞引力场（比如黑洞自旋）， 以及从时变角度研究黑洞附近冕的物理性质。

科研文章链接：http://adsabs.harvard.edu/abs/2018ApJ...858...82Y

科学联系人： 游贝，武汉大学，youbei@whu.edu.cn