科學家揭示黑洞吸積磁場奧秘

　　記者從中國科學院高能物理研究所獲悉：利用我國首顆空間X射線天文衛星“慧眼”的觀測數據，并聯合地面射電和光學望遠鏡觀測，中外科研合作團隊發現了黑洞周圍磁囚禁盤形成過程的直接觀測證據。

　　該成果由武漢大學、浙江大學、中國科學院上海天文臺、中國科學院高能物理研究所、南京大學、中國科學技術大學、法國斯特拉斯堡天文臺、波蘭理論物理中心等共同完成。相關研究論文日前以長文形式發表在《科學》雜志。

　　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。而吸積流中的粘滯過程能產生多波段輻射，被地面、空間望遠鏡所觀測到，通過對氣體的吸積，黑洞間接彰顯了自己的存在。

　　2019年，“事件視界望遠鏡”（EHT）合作組織發布了人類歷史上第一張黑洞照片（M87），揭開了我們能“看到”的黑洞及其周圍環境的神秘面紗。然而，在黑洞周圍同樣存在著“看不到”的磁場。黑洞在吸積氣體的同時，也會向內拖曳磁場。理論認為，隨著吸積氣體將外部弱磁場持續帶入，吸積流內區磁場會逐漸增強。相應地，磁場對吸積流的向外磁力作用也將逐漸增強，并最終與黑洞的向內引力相抗衡。此時吸積物質便被磁場所囚禁，無法自由、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展得非常成熟，成功解釋了黑洞吸積系統的許多復雜觀測現象，但科學家一直沒能取得磁囚禁盤存在的直接觀測證據，磁囚禁盤是如何形成的更是一個未解之謎。

　　我國科研團隊利用對黑洞X射線雙星MAXI J1820+070爆發時的多波段觀測數據，觀測到前所未見的長時標延遲現象。噴流的射電輻射和吸積流外區的光學輻射，分別滯后于吸積流內區高溫氣體的硬X射線約8天和約17天。吸積盤外區弱磁場被黑洞周圍熱吸積流帶入而增強，吸積流徑向尺度越大，磁場增強越明顯，科研團隊分析X射線觀測數據發現，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，使得黑洞附近磁場迅速增強，因而在硬X射線輻射峰值之后約8天形成磁囚禁盤。

　　這項工作第一次揭示了吸積流中的磁場輸運過程，以及黑洞附近熱吸積流中形成磁囚禁盤的完整過程。（記者 吳月輝）