中国“慧眼”卫星天地联合观测获得黑洞研究重要发现

本文转自：中国新闻网

中新网北京9月1日电 (记者 孙自法)记者从中国科学院高能物理研究所获悉，利用中国首颗空间X射线天文卫星“慧眼”的观测数据，并联合地面射电和光学望远镜观测，中外科研合作团队最新研究发现黑洞周围磁囚禁吸积盘形成过程的直接观测证据，破解了磁囚禁盘如何形成之谜。

左下小方框中的红色圆点表示黑洞X射线双星MAXIJ1820+070在银河系中的大致位置，右侧放大图是黑洞X射线双星的艺术想象图，一个恒星(蓝色)围绕黑洞绕转，它的物质被黑洞吸引形成吸积盘(黄色)，中心区域形成了磁场囚禁吸积盘(浅蓝色曲线表示磁场)和两侧的喷流(亮紫色)。左上小图展示了观测到的喷流的射电辐射和吸积流内区的X射线随时间的变化，显示出8天的延迟。(武汉大学 游贝 供图)

这一黑洞研究领域的重要成果，由武汉大学、浙江大学、中国科学院上海天文台、中国科学院高能物理研究所、南京大学、中国科学技术大学、法国斯特拉斯堡天文台、波兰理论物理中心等共同完成，相关研究论文北京时间9月1日在国际著名学术期刊《科学》(Science)以长文形式发表。

本项研究工作首次揭示黑洞吸积流中的磁场输运过程，以及黑洞附近热吸积流中形成磁囚禁盘的完整过程，也成为迄今为止磁囚禁盘存在的最直接观测证据。由于物理过程的普适性，该研究成果将极大地推进对不同量级黑洞吸积盘大尺度磁场形成及喷流加速机制等关键科学问题的理解。

黑洞X射线双星MAXIJ1820+070的多波段光变示意图。(武汉大学 游贝 供图)

此次研究过程中，研究团队还通过对黑洞X射线双星爆发过程的数值模拟，第一次揭示在黑洞吸积即将终止时，由于硬X射线的照射，更多的外区吸积物质会由于不稳定性而加速落向黑洞，致使吸积流外区产生光学闪耀，峰值滞后于热吸积流的硬X射线辐射峰值约17天。

据研究团队介绍，黑洞捕获气体的物理过程被称为“吸积”，这种落向黑洞的气体则被称为吸积流，其处在等离子体状态，对这些辐射的观测已成为研究黑洞的重要途径。

吸积流、磁场、喷流演化的示意图。(武汉大学 游贝 供图)

2019年，“事件视界望远镜”(EHT)合作组织发布人类历史上第一张黑洞(M87)照片，揭开黑洞及其周围环境的神秘面纱。然而，在黑洞周围同样存在“看不到”的磁场，黑洞吸积气体的同时，也会向内拖曳磁场。理论认为，随着吸积气体将外部弱磁场持续带入，吸积流内区磁场会逐渐增强，磁场对吸积流的向外磁力作用相应也将逐渐增强，并最终与黑洞的向内引力相抗衡。此时，吸积物质便被磁场所囚禁，而无法自由地、快速地掉入黑洞视界面，即形成磁囚禁盘。