黑洞吸積盤與噴流研究取得最新進展

記者從中國科學(xué)院國家天文臺獲悉，由該天文臺牽頭、30余家國內(nèi)外科研機構(gòu)合作在潮汐瓦解事件（TDE）AT2020afhd中發(fā)現(xiàn)了黑洞吸積盤與噴流協(xié)同進動的最有力觀測證據(jù)。該成果今天（12月11日）在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進展》在線發(fā)表。

潮汐瓦解事件是恒星接近星系中心超大質(zhì)量黑洞時被潮汐力撕裂的劇烈天文現(xiàn)象。部分恒星物質(zhì)在回落過程中形成熾熱的吸積盤，釋放強烈輻射，是研究沉寂黑洞激活及相對論性噴流的重要窗口。AT2020afhd位于星系LEDA 145386中心，距離地球約1.2億光年。其在2024年1月被光學(xué)巡天發(fā)現(xiàn)顯著增亮。隨后，研究團隊組織了國際協(xié)同觀測，包括Swift望遠鏡等空間X射線望遠鏡以及甚大陣射電望遠鏡等四個射電陣列，并結(jié)合我國興隆2.16米口徑、麗江2.4米口徑等光學(xué)望遠鏡，開展了為期一年多的高頻次、多波段監(jiān)測。

△黑洞系統(tǒng)吸積盤與噴流協(xié)同進動的藝術(shù)想象圖：空間X射線望遠鏡用于探測來自吸積盤內(nèi)區(qū)的高能輻射，地基射電陣列則捕捉噴流產(chǎn)生的射電信號。

系統(tǒng)分析顯示：在光學(xué)發(fā)現(xiàn)該TDE 215天后，X射線出現(xiàn)周期約19.6天、振幅超10倍的顯著準(zhǔn)周期性振蕩；射電波段也呈現(xiàn)振幅超4倍的同步變化。這種跨波段、強振幅、準(zhǔn)周期的同步變化，強烈暗示吸積盤與噴流之間存在剛性連接，像陀螺一樣圍繞黑洞自轉(zhuǎn)軸進動。吸積盤-噴流協(xié)同進動的物理機制很可能源自“蘭斯-蒂林（Lense-Thirring）效應(yīng)”，即旋轉(zhuǎn)的黑洞會拖動周圍時空，導(dǎo)致傾斜的吸積盤及與之垂直的噴流產(chǎn)生進動。盡管理論與模擬早已預(yù)言這一現(xiàn)象，但獲得清晰觀測證據(jù)極具挑戰(zhàn)。該科研工作是首次在黑洞系統(tǒng)中清晰地觀測到吸積盤-噴流協(xié)同進動。在爆發(fā)初期察覺到其異常劇烈的變化后，科研團隊堅持了一年多的多波段密集監(jiān)測，最終揭示并成功解釋了這一獨特現(xiàn)象的物理起源。過去的觀測多集中在TDEs爆發(fā)初期，長期監(jiān)測既少見也極具挑戰(zhàn)。

團隊構(gòu)建的吸積盤-噴流協(xié)同進動模型成功重現(xiàn)了X射線與射電光變，并對系統(tǒng)幾何、黑洞自旋及噴流速度進行了明確限制。這一現(xiàn)象或許普遍存在，以往受限于觀測模式而未被大量發(fā)現(xiàn)。但隨著司天工程、愛因斯坦探針等對全天區(qū)開展深度、多波段、高頻次長期監(jiān)測，科研人員必將發(fā)現(xiàn)更多例子，促進人們對黑洞吸積物理的更深理解。

（總臺央視記者 帥俊全 褚爾嘉）

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