武漢大學游貝團隊在《科學》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》）以長文（Article）形式發(fā)表了由武漢大學物理科學與技術學院天文系副教授、小米青年學者游貝主持的國際團隊關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延遲現(xiàn)象。科研團隊指出，吸積盤外區(qū)弱磁場被黑洞周圍熱吸積流帶入而增強，吸積流徑向尺度越大，磁場增強越明顯。研究團隊通過分析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，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，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對不同量級黑洞吸積盤大尺度磁場形成及噴流加速機制等關鍵科學問題的理解。

此外，研究團隊通過對黑洞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、國家自然科學基金、中央高校基本科研業(yè)務費、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、上海天文臺重點培育項目、湖北省自然科學基金、小米公益基金會的支持。武漢大學為第一署名單位，游貝為第一作者。武漢大學教授游貝、浙江大學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2017級本科生吳岳、夏天宇，波蘭科學院哥白尼天文中心教授Marek Sikora、Piotr T.Zycki，中國科學院高能物理研究所研究員張雙南、杜璞為合作者。