中國“慧眼”衛星天地聯合觀測獲得黑洞研究重要發現

來源：中國新聞網

中新網北京9月1日電 (記者 孫自法)記者從中國科學院高能物理研究所獲悉，利用中國首顆空間X射線天文衛星“慧眼”的觀測數據，并聯合地面射電和光學望遠鏡觀測，中外科研合作團隊最新研究發現黑洞周圍磁囚禁吸積盤形成過程的直接觀測證據，破解了磁囚禁盤如何形成之謎。

左下小方框中的紅色圓點表示黑洞X射線雙星MAXI J1820+070在銀河系中的大致位置，右側放大圖是黑洞X射線雙星的藝術想象圖，一個恒星(藍色)圍繞黑洞繞轉，它的物質被黑洞吸引形成吸積盤(黃色)，中心區域形成了磁場囚禁吸積盤(淺藍色曲線表示磁場)和兩側的噴流(亮紫色)。左上小圖展示了觀測到的噴流的射電輻射和吸積流內區的X射線隨時間的變化，顯示出8天的延遲。(武漢大學 游貝 供圖)

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

本項研究工作首次揭示黑洞吸積流中的磁場輸運過程，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證據。由于物理過程的普適性，該研究成果將極大地推進對不同量級黑洞吸積盤大尺度磁場形成及噴流加速機制等關鍵科學問題的理解。

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

此次研究過程中，研究團隊還通過對黑洞X射線雙星爆發過程的數值模擬，第一次揭示在黑洞吸積即將終止時，由于硬X射線的照射，更多的外區吸積物質會由于不穩定性而加速落向黑洞，致使吸積流外區產生光學閃耀，峰值滯后于熱吸積流的硬X射線輻射峰值約17天。

據研究團隊介紹，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，對這些輻射的觀測已成為研究黑洞的重要途徑。

吸積流、磁場、噴流演化的示意圖。(武漢大學 游貝 供圖)

2019年，“事件視界望遠鏡”(EHT)合作組織發布人類歷史上第一張黑洞(M87)照片，揭開黑洞及其周圍環境的神秘面紗。然而，在黑洞周圍同樣存在“看不到”的磁場，黑洞吸積氣體的同時，也會向內拖曳磁場。理論認為，隨著吸積氣體將外部弱磁場持續帶入，吸積流內區磁場會逐漸增強，磁場對吸積流的向外磁力作用相應也將逐漸增強，并最終與黑洞的向內引力相抗衡。此時，吸積物質便被磁場所囚禁，而無法自由地、快速地掉入黑洞視界面，即形成磁囚禁盤。(完)