中国首颗空间X射线天文卫星“慧眼”立功，实现黑洞研究重要发现

IT 之家 9 月 3 日消息，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，相关成果已于   9 月 1 日以长文形式发表在《科学》上。

▲   黑洞 X 射线双星的观测揭示了磁囚禁吸积盘的形成过程

据介绍，这项研究成果由武汉大学、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机构共同完成，其中利用到了中国首颗空间 X 射线天文卫星 " 慧眼 " 的观测数据以及地面射电和光学望远镜的观测成果。

不同于人类历史上第一张黑洞照片（2019 年，M87），黑洞周围也存在着一些 " 看不到 " 的磁场，而人类可以通过对气体的吸积，间接地发现黑洞的存在。

简单来说，吸积流中的粘滞过程能够有效地释放其引力势能，部分地转化为辐射能，产生多波段辐射被地面、空间望远镜所观测到。（IT 之家注：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）

▲ 图源：武汉大学

在上面这张图中，左下小方框中的红色圆点表示黑洞 X 射线双星 MAXI J1820 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。

这张图清晰地展示了黑洞 X 射线双星 MAXI J1820 070 的多波段光变。相比于第一张图中 X 射线辐射随时间的变化（其中橙色圆点是热吸积流的硬 X 射线），这张图更多地是展示了喷流的射电辐射随时间的变化，可见其峰值滞后硬 X 射线约 8 天。

相对地，下图则展示了吸积盘外区的光学辐射随时间变化，其中橙色圆点是扣除整体下降趋势后呈现的光学辐射的峰，滞后于硬 X 射线约 17 天。

▲   吸积流、磁场、喷流演化的示意图

据官方介绍称，本项研究工作首次揭示了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。

此外，得益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。