[本刊訊] 武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院天文系游貝主持的國(guó)際團(tuán)隊(duì)關(guān)于黑洞吸積磁場(chǎng)的研究取得了最新成果。相關(guān)論文“黑洞X射線雙星的觀測(cè)揭示了磁囚禁吸積盤的形成過(guò)程”發(fā)表在2023年9月1日的《科學(xué)》上。

黑洞捕獲氣體的過(guò)程被稱為“吸積”。2019年，“事件視界望遠(yuǎn)鏡”（EHT）合作組織發(fā)布了人類歷史上第一張黑洞照片（M87）。黑洞周圍存在磁場(chǎng)，黑洞吸積氣體的同時(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，而無(wú)法自由地、快速地掉入黑洞視界面，即形成磁囚禁盤。磁囚禁盤理論模型已發(fā)展得非常成熟，成功解釋了黑洞吸積系統(tǒng)的許多復(fù)雜現(xiàn)象。然而，至今還沒(méi)有磁囚禁盤存在的直接觀測(cè)證據(jù)，磁囚禁盤是如何形成的更是個(gè)未解之謎。多項(xiàng)研究指出M87星系中心的超大質(zhì)量黑洞周圍可能存在磁囚禁盤，但即使EHT對(duì)M87極高分辨率觀測(cè)仍沒(méi)能確認(rèn)磁囚禁盤的存在。

除了星系中心的超大質(zhì)量黑洞，宇宙中還存在恒星級(jí)黑洞。它們大部分時(shí)間處在寧?kù)o態(tài)，偶爾會(huì)進(jìn)入持續(xù)數(shù)月或數(shù)年的爆發(fā)態(tài)，產(chǎn)生明亮的X射線。團(tuán)隊(duì)利用對(duì)黑洞X射線雙星MAXI J1820+070爆發(fā)時(shí)的多波段觀測(cè)數(shù)據(jù)，其中包括中國(guó)第一顆X射線天文衛(wèi)星慧眼號(hào)，觀測(cè)到前所未見的長(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（熱吸積流）的硬X射線約8天和17天。研究指出，吸積盤外區(qū)弱磁場(chǎng)被黑洞周圍熱吸積流帶入而增強(qiáng)，吸積流徑向尺度越大磁場(chǎng)增強(qiáng)越明顯。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析X射線觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：硬X射線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射線輻射峰值之后約8天形成磁囚禁盤。

該工作第一次揭示了吸積流中的磁場(chǎng)輸運(yùn)過(guò)程，及黑洞附近熱吸積流中形成磁囚禁盤的完整過(guò)程，因而成為迄今磁囚禁盤存在的最接近證據(jù)。該成果將極大推進(jìn)對(duì)不同量級(jí)黑洞吸積盤大尺度磁場(chǎng)形成及噴流加速機(jī)制等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的理解。

（葛 之）