黑洞研究重要發(fā)現(xiàn)！祝賀中國科學(xué)家

2023-09-02 16:18 來源：人民日?qǐng)?bào)

記者從中國科學(xué)院高能物理研究所獲悉，利用中國首顆空間X射線天文衛(wèi)星“慧眼”的觀測(cè)數(shù)據(jù)，并聯(lián)合地面射電和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，中外科研合作團(tuán)隊(duì)最新研究發(fā)現(xiàn)黑洞周圍磁囚禁吸積盤形成過程的直接觀測(cè)證據(jù)，破解了磁囚禁盤如何形成之謎。

▲左下小方框中的紅色圓點(diǎn)表示黑洞X射線雙星MAXI　J1820+070在銀河系中的大致位置，右側(cè)放大圖是黑洞X射線雙星的藝術(shù)想象圖，一個(gè)恒星（藍(lán)色）圍繞黑洞繞轉(zhuǎn)，它的物質(zhì)被黑洞吸引形成吸積盤（黃色），中心區(qū)域形成了磁場(chǎng)囚禁吸積盤（淺藍(lán)色曲線表示磁場(chǎng)）和兩側(cè)的噴流（亮紫色）。左上小圖展示了觀測(cè)到的噴流的射電輻射和吸積流內(nèi)區(qū)的X射線隨時(shí)間的變化，顯示出8天的延遲。（武漢大學(xué) 游貝供圖）

這一黑洞研究領(lǐng)域的重要成果，由武漢大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科學(xué)院上海天文臺(tái)、中國科學(xué)院高能物理研究所、南京大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、法國斯特拉斯堡天文臺(tái)、波蘭理論物理中心等共同完成，相關(guān)研究論文北京時(shí)間9月1日在國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）以長文形式發(fā)表。

本項(xiàng)研究工作首次揭示黑洞吸積流中的磁場(chǎng)輸運(yùn)過程，以及黑洞附近熱吸積流中形成磁囚禁盤的完整過程，也成為迄今為止磁囚禁盤存在的最直接觀測(cè)證據(jù)。由于物理過程的普適性，該研究成果將極大地推進(jìn)對(duì)不同量級(jí)黑洞吸積盤大尺度磁場(chǎng)形成及噴流加速機(jī)制等關(guān)鍵科學(xué)問題的理解。

▲黑洞X射線雙星MAXI　J1820+070的多波段光變示意圖。（武漢大學(xué) 游貝供圖）

此次研究過程中，研究團(tuán)隊(duì)還通過對(duì)黑洞X射線雙星爆發(fā)過程的數(shù)值模擬，第一次揭示在黑洞吸積即將終止時(shí)，由于硬X射線的照射，更多的外區(qū)吸積物質(zhì)會(huì)由于不穩(wěn)定性而加速落向黑洞，致使吸積流外區(qū)產(chǎn)生光學(xué)閃耀，峰值滯后于熱吸積流的硬X射線輻射峰值約17天。

據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹，黑洞捕獲氣體的物理過程被稱為“吸積”，這種落向黑洞的氣體則被稱為吸積流，其處在等離子體狀態(tài)，對(duì)這些輻射的觀測(cè)已成為研究黑洞的重要途徑。

▲吸積流、磁場(chǎng)、噴流演化的示意圖。（武漢大學(xué) 游貝供圖）

2019年，“事件視界望遠(yuǎn)鏡”（EHT）合作組織發(fā)布人類歷史上第一張黑洞（M87）照片，揭開黑洞及其周圍環(huán)境的神秘面紗。然而，在黑洞周圍同樣存在“看不到”的磁場(chǎng)，黑洞吸積氣體的同時(shí)，也會(huì)向內(nèi)拖曳磁場(chǎng)。理論認(rèn)為，隨著吸積氣體將外部弱磁場(chǎng)持續(xù)帶入，吸積流內(nèi)區(qū)磁場(chǎng)會(huì)逐漸增強(qiáng)，磁場(chǎng)對(duì)吸積流的向外磁力作用相應(yīng)也將逐漸增強(qiáng)，并最終與黑洞的向內(nèi)引力相抗衡。此時(shí)，吸積物質(zhì)便被磁場(chǎng)所囚禁，而無法自由地、快速地掉入黑洞視界面，即形成磁囚禁盤。

編輯：徐衛(wèi)民