黑洞的吸积过程在黑洞X射线双星(black hole X-ray binaries, BHB)和活动星系核(active galactic nucleus, AGN)中发挥着重要的作用. 这个过程可以发射出强烈的多波段电磁波辐射. 由于X射线辐射起源自吸积盘的内区, 其成为了探索黑洞吸积过程的重要窗口. 在BHB和AGN中, X射线亮度变化的特征已经被广泛地分析, 其中X射线准周期振荡(quasiperiodic oscillation, QPO)是在两种系统中都观测到的一种特别有趣的现象.

　　QPO现象最早在BHB GX 339−4中 被发现, 它表现出强烈的X射线亮度变化, QPO频率从几十毫赫兹到几十赫兹不等. 从那时起, 几十个BHB被发现显示出X射线QPO, 为BHB的QPO演化研究提供了丰富的数据集. 这些QPO表现出不同的特征, 表明它们与吸积过程有关. 此外, 一些研究发现不同X射线能段之间的时延可能随着QPO频率的变化而演化.

　　我们利用XMM-Newton X射线太空望远镜新近释放的对RE J1034+396开展的10次X射线观测数据, 可靠地探测到了它的X射线QPO, 细致分析了其相关特性, 并探究了其长期演化趋势 [6] . 在这10次观测中, 所有观测都探测到了X射线 keV) 和硬能段 (1~4 keV) 的QPO信号展现出强烈的相关性; 在QPO频率附近, 软能段的流量变化有时领先于硬能段(时延为正), 而有时则相反(时延为负).

　　我们认识到, QPO频率和时延可能随着时间有规律地演化. 因此, 我们以2020年11月20日的观测时间为基准, 绘制出了QPO频率和时延随着时间变化的图像( 图1(a), (b) ), 总共有10次观测(标记为Obs-1~Obs-10). 我们发现这些观测幸运地捕捉到了两次时延反转, 也就是从时延为正变为时延为负的完整过程. 更有意思的是, 在第二次时延反转发生前两个星期, QPO频率也发生了变化, 暗示着时延反转与QPO频率变化可能存在某些关联.

　　为了清晰地探索这种关联, 我们绘制了QPO时延-频率关系图( 图1(c) ). 虽然第4次观测到第5次观测间隔了很长时间, 我们仍然能够总结出一种迟滞演化的关系. 例如, 第5次到第7次观测之间时延几乎没变, 而QPO频率在逐渐减小, 从第8次观测开始, QPO频率变化变得不显著, 而时延迅速减小, 直至第10次观测时完成了时延反转. 我们把这个源更早的两次观测数据也放到这张图中(Obs-a和Obs-b), 发现它们正好落在这个可能的逆时针旋转的迟滞演化轨迹上. 这两次观测相隔11年, 其中最近的一次距离新的观测也有两年时间了. 这意味着, 我们发现的现象可能是一个长期反复的循环演化过程.

　　这种现象是在AGN中被发现, 为深入理解AGN X射线QPO现象和超大质量黑洞吸积盘内区物理提供了重要的观测线索, 对于理解不同尺度黑洞的吸积过程有何异同也很有意义.

　　图1 硬能段 (1~4 keV) 准周期振荡频率和软能段(0.3~1 keV)之间准周期振荡时延的演化. (a)和(b)展示了二者随时间的变化关系, (c)则展示了二者之间的演化关系. 该工作分析的10次观测用方块表示. 之前的两次观测(Obs-a和Obs-b来自Gierliński等人 [1] 2008年和Jin等人 [3] 2020年的工作)用圆点表示. 颜色表示软硬能段准周期振荡的相关性. 红色水平虚线标记了零时延. 观测间隔以天为单位, 用绿色标注