超越 ISCO 的探索：探测黑洞周围 plunging 区的 X 射线发射

我们探究黑洞周围的 X 射线回响如何揭示广义相对论所预言的最内稳定圆轨道（ISCO）的存在，并探测 ISCO 与事件视界之间 plunging 区的动力学。能够直接探测 ISCO 的存在并探查物质穿过事件视界的 plunging 动力学，构成了强场区广义相对论的独特检验。利用广义相对论光线追踪模拟，对吸积盘与 plunging 区物质的 X 射线回响进行建模。plunging 区的 X 射线回响对时间平均 X 射线能谱与整体滞后—能量谱影响甚微，但体现于最高频傅里叶分量（对非自旋黑洞，在 2-4 keV 能段中高于 0.01 c^3 (GM)^-1（按黑洞质量标度）；对最大自旋黑洞，在 1-2 keV 能段中）的滞后中。plunging 区区别于盘发射，不仅凭借 plunging 轨道特征性的能量偏移，也凭借物质穿过 plunging 区时电离度的迅速增加。探测需在这些频率上以 20% 精度测量时间滞后。将精度提升至 12% 可约束 plunging 区物质的动力学，并区分 plunging 轨道与保持在稳定圆轨道上的物质，从而确认 ISCO 的存在——这是未来 X 射线任务的首要发现空间。