中國“慧眼”衛(wèi)星天地聯(lián)合觀測獲得黑洞研究重要發(fā)現(xiàn)

來源：中國新聞網(wǎng)

中新網(wǎng)北京9月1日電 (記者 孫自法)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”的觀測數(shù)據(jù)，并聯(lián)合地面射電和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測，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)域形成了磁場囚禁吸積盤(淺藍(lán)色曲線表示磁場)和兩側(cè)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(nèi)區(qū)的X射線隨時間的變化，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、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、波蘭理論物理中心等共同完成，相關(guān)研究論文北京時間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)對不同量級黑洞吸積盤大尺度磁場形成及噴流加速機(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，由于硬X射線的照射，更多的外區(qū)吸積物質(zhì)會由于不穩(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(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，黑洞吸積氣體的同時，也會向內(nèi)拖曳磁場。理論認(rèn)為，隨著吸積氣體將外部弱磁場持續(xù)帶入，吸積流內(nèi)區(qū)磁場會逐漸增強(qiáng)，磁場對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，吸積物質(zhì)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)