中国“慧眼”最新发现！武大天文系领衔团队黑洞研究立新功！-

9月1日，世界权威的学术期刊《科学》以长文形式发表了由武汉大学天文系游贝领导的国际团队关于黑洞吸积磁场的最新研究成果。论文题目为《黑洞X射线双星的观测揭示了磁囚禁吸积盘的形成过程》。

该项研究利用我国首颗空间X射线天文卫星慧眼号的观测数据，联合地面射电和光学望远镜观测，发现了黑洞周围磁囚禁吸积盘形成过程的直接观测证据。

该论文以武汉大学为第一署名单位，游贝副教授为第一作者。游贝、浙江大学曹新伍教授、上海天文台闫震研究员为共同通讯作者。法国斯特拉斯堡天文台Jean-Marie Hameury研究员，波兰理论物理中心Bozena Czerny教授，武汉大学2017级本科生吴岳、夏天宇，波兰科学院哥白尼天文中心Marek Sikora教授、Piotr T. Zycki教授，中国科学院高能物理研究所张双南研究员、杜璞研究员为合作者。

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。吸积流中的黏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。因此，通过对气体的吸积，黑洞间接地彰显了自己的存在。对这些辐射的观测已成为研究黑洞的重要途径。

2019年，“事件视界望远镜”（EHT）合作组织发布了人类历史上第一张黑洞照片（M87），揭开了我们能“看到”的黑洞及其周围环境的神秘面纱。然而，在黑洞周围同样存在着“看不到”的磁场。黑洞吸积气体的同时，也会向内拖曳磁场。理论认为，随着吸积气体将外部弱磁场持续带入，吸积流内区磁场会逐渐增强。相应地，磁场对吸积流的向外磁力作用也将逐渐增强，并最终与黑洞的向内引力相抗衡。此时，吸积物质便被磁场所囚禁，而无法自由地、快速地掉入黑洞视界面，即形成磁囚禁盘。磁囚禁盘理论模型已经发展得非常成熟，成功地解释了黑洞吸积系统的许多复杂观测现象。然而，至今还没有磁囚禁盘存在的直接观测证据，磁囚禁盘是如何形成的更是一个未解之谜。多项研究指出M87星系中心的超大质量黑洞周围可能存在着磁囚禁盘。但是，即使是EHT对M87极高分辨率的观测，获得了其黑洞附近磁场信息（位型等），仍然没能确认磁囚禁盘的存在。

除了星系中心的超大质量黑洞，宇宙中还存在着恒星级黑洞。目前，天文学家已经在许多双星系统之中探测到恒星级黑洞的存在，其质量一般是太阳质量的十倍左右。科研团队利用对黑洞X射线双星MAXI J1820+070爆发时的多波段观测数据观测到前所未见的长时标延迟现象：喷流的射电辐射和吸积流外区的光学辐射，分别滞后于吸积流内区高温气体（热吸积流）的硬X射线约8天和17天。科研团队指出，吸积盘外区弱磁场被黑洞周围热吸积流带入而增强，吸积流径向尺度越大磁场增强越明显。研究团队通过分析X射线观测数据发现：硬X射线辐射随吸积率减小而下降，而热吸积流径向尺度随吸积率下降而快速膨胀，使得黑洞附近磁场迅速增强，因而在硬X射线辐射峰值之后约8天形成磁囚禁盘。

这项工作第一次揭示了吸积流中的磁场输运过程，及黑洞附近热吸积流中形成磁囚禁盘的完整过程。因而，成为迄今为止，磁囚禁盘存在的最直接观测证据。由于物理过程的普适性，这项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。

此外，研究团队通过对黑洞X射线双星爆发过程的数值模拟，第一次揭示了在黑洞吸积即将终止时，由于硬X射线的照射，更多的外区吸积物质会由于不稳定性而加速落向黑洞，致使吸积流外区产生光学闪耀，峰值滞后于热吸积流的硬X射线辐射峰值约17天。

中国慧眼号屡立奇功

“慧眼”号是我国首颗空间X射线望远镜，是空间科学先导专项一期收官之作。其命名不仅寓意中国在太空“独具慧眼”，也是为了纪念我国女性科学家何泽慧先生。2017年6月，“慧眼号”硬X射线调制望远镜发射升空，来到了高度550千米，倾角43°的近地圆轨道。经半年多的校验与测试，2018年1月，“慧眼号”正式交付使用，成为我国科学家放眼星空、探索宇宙的利器，也成为世界上测量频谱范围最广，分辨本领最强的X射线调制望远镜。

截至2019年6月30日，“慧眼”对银道面扫描1000多次，监测并公布了600多个X射线源的长期流量变化；对60多个各类X射线天体进行了定点观测，在中子星磁场测量、黑洞吸积准周期振荡和中子星热核暴等方面的硬X射线观测研究中取得了重要进展；探测到170多个伽马暴；脉冲星导航定轨精度达到国际最好水平。

2020年以来，慧眼号的多项发现惊艳世界。2021年2月，“慧眼”卫星确认编号为FRB 200428的快速射电暴相关联的X射线暴来自银河系内编号为SGR J1935+2154的磁星，并在国际上首先证认该X射线暴包含的两个X射线脉冲是快速射电暴的高能对应体。2022年8月，“慧眼”（HXMT/Insight）科学团队直接探测到宇宙中最强磁场，比此前NASA“罗西X射线时变探测者”（RXTE）保持的最强磁场测量结果纪录提高约60%。

综合来源：武汉大学、央视新闻、数字北京科学中心、科技日报、国家空间科学中心等