科學(xué)家揭示黑洞吸積磁場(chǎng)奧秘

　　記者從中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所獲悉：利用我國(guó)首顆空間X射線(xiàn)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)發(fā)現(xiàn)了黑洞周?chē)徘艚P(pán)形成過(guò)程的直接觀測(cè)證據(jù)。

　　該成果由武漢大學(xué)、浙江大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所、南京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、法國(guó)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)研究論文日前以長(zhǎng)文形式發(fā)表在《科學(xué)》雜志。

　　黑洞捕獲氣體的物理過(guò)程被稱(chēng)為“吸積”，這種落向黑洞的氣體則被稱(chēng)為吸積流，其處在等離子體狀態(tài)。而吸積流中的粘滯過(guò)程能產(chǎn)生多波段輻射，被地面、空間望遠(yuǎn)鏡所觀測(cè)到，通過(guò)對(duì)氣體的吸積，黑洞間接彰顯了自己的存在。

　　2019年，“事件視界望遠(yuǎn)鏡”（EHT）合作組織發(fā)布了人類(lèi)歷史上第一張黑洞照片（M87），揭開(kāi)了我們能“看到”的黑洞及其周?chē)h(huán)境的神秘面紗。然而，在黑洞周?chē)瑯哟嬖谥翱床坏健钡拇艌?chǎng)。黑洞在吸積氣體的同時(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)。相應(yīng)地，磁場(chǎng)對(duì)吸積流的向外磁力作用也將逐漸增強(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，無(wú)法自由、快速地掉入黑洞視界面，即形成磁囚禁盤(pán)。磁囚禁盤(pán)理論模型已發(fā)展得非常成熟，成功解釋了黑洞吸積系統(tǒng)的許多復(fù)雜觀測(cè)現(xiàn)象，但科學(xué)家一直沒(méi)能取得磁囚禁盤(pán)存在的直接觀測(cè)證據(jù)，磁囚禁盤(pán)是如何形成的更是一個(gè)未解之謎。

　　我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)利用對(duì)黑洞X射線(xiàn)雙星MAXI J1820+070爆發(fā)時(shí)的多波段觀測(cè)數(shù)據(jù)，觀測(cè)到前所未見(jiàn)的長(zhǎng)時(shí)標(biāo)延遲現(xiàn)象。噴流的射電輻射和吸積流外區(qū)的光學(xué)輻射，分別滯后于吸積流內(nèi)區(qū)高溫氣體的硬X射線(xiàn)約8天和約17天。吸積盤(pán)外區(qū)弱磁場(chǎng)被黑洞周?chē)鸁嵛e流帶入而增強(qiáng)，吸積流徑向尺度越大，磁場(chǎng)增強(qiáng)越明顯，科研團(tuán)隊(duì)分析X射線(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，硬X射線(xiàn)輻射隨吸積率減小而下降，而熱吸積流徑向尺度隨吸積率下降而快速膨脹，使得黑洞附近磁場(chǎng)迅速增強(qiáng)，因而在硬X射線(xiàn)輻射峰值之后約8天形成磁囚禁盤(pán)。

　　這項(xiàng)工作第一次揭示了吸積流中的磁場(chǎng)輸運(yùn)過(guò)程，以及黑洞附近熱吸積流中形成磁囚禁盤(pán)的完整過(guò)程。（記者 吳月輝）