武漢大學(xué)游貝團(tuán)隊在《科學(xué)》雜志發(fā)表黑洞吸積磁場研究成果

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 程墨 通訊員 肖珊 尚紫荊）近日，Science（《科學(xué)》）以長文（Article）形式發(fā)表了由武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院天文系副教授、小米青年學(xué)者游貝主持的國際團(tuán)隊關(guān)于黑洞吸積磁場的最新研究成果。論文題目為“Observations of a black hole X-ray binary indicate formation of a magnetically arrested disk”（黑洞X射線雙星的觀測揭示了磁囚禁吸積盤的形成過程）。

據(jù)介紹，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(tài)。吸積流中的粘滯過程能夠有效地釋放其引力勢能，部分地轉(zhuǎn)化為輻射能，產(chǎn)生多波段輻射，被地面、空間望遠(yuǎn)鏡所觀測到。因此，通過對氣體的吸積，黑洞間接地彰顯了自己的存在。對這些輻射的觀測已成為研究黑洞的重要途徑。

科研團(tuán)隊利用對黑洞X射線雙星MAXI J1820+070爆發(fā)時的多波段觀測數(shù)據(jù)，其中包括中國第一顆X射線天文衛(wèi)星慧眼號，觀測到前所未見的長時標(biāo)延遲現(xiàn)象。科研團(tuán)隊指出，吸積盤外區(qū)弱磁場被黑洞周圍熱吸積流帶入而增強(qiáng)，吸積流徑向尺度越大，磁場增強(qiáng)越明顯。研究團(tuán)隊通過分析X射線觀測數(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。

這項工作第一次揭示了吸積流中的磁場輸運(yùn)過程，及黑洞附近熱吸積流中形成磁囚禁盤的完整過程，因而成為迄今為止磁囚禁盤存在的最直接觀測證據(jù)。由于物理過程的普適性，這項研究成果將極大地推進(jìn)對不同量級黑洞吸積盤大尺度磁場形成及噴流加速機(jī)制等關(guān)鍵科學(xué)問題的理解。

此外，研究團(tuán)隊通過對黑洞X射線雙星爆發(fā)過程的數(shù)值模擬，第一次揭示了在黑洞吸積即將終止時，由于硬X射線的照射，更多的外區(qū)吸積物質(zhì)會由于不穩(wěn)定性而加速落向黑洞，致使吸積流外區(qū)產(chǎn)生光學(xué)閃耀，峰值滯后于熱吸積流的硬X射線輻射峰值約17天。

據(jù)悉，該研究得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、上海天文臺重點培育項目、湖北省自然科學(xué)基金、小米公益基金會的支持。武漢大學(xué)為第一署名單位，游貝為第一作者。武漢大學(xué)教授游貝、浙江大學(xué)教授曹新伍和上海天文臺研究員閆震為共同通訊作者。法國斯特拉斯堡天文臺研究員Jean-Marie Hameury，波蘭理論物理中心教授Bozena Czerny，武漢大學(xué)2017級本科生吳岳、夏天宇，波蘭科學(xué)院哥白尼天文中心教授Marek Sikora、Piotr T.Zycki，中國科學(xué)院高能物理研究所研究員張雙南、杜璞為合作者。