科技日報記者 吳純新 通訊員 吳江龍 武柳青
9月1日，記者從武漢大學獲悉，該校物理科學與技術學院天文系副教授游貝團隊通過對黑洞X射線雙星的觀測，揭示了磁囚禁吸積盤的形成過程，發現了黑洞磁囚禁盤存在的直接證據。相關研究成果在《科學》雜志發表。
吸積流中的粘滯過程能夠有效地釋放其引力勢能，部分地轉化為輻射能，產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。
黑洞吸積氣體的同時，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，而無法自由地、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經發展得非常成熟，成功地解釋了黑洞吸積系統的許多復雜觀測現象。然而，至今還沒有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。
多項研究指出M87星系中心的超大質量黑洞周圍可能存在著磁囚禁盤。但是，相關觀測仍沒能確認磁囚禁盤的存在。
目前，天文學家已在許多雙星系統之中探測到恒星級黑洞的存在，其質量一般是太陽質量的十倍左右。這類雙星大部分時間處在寧靜態（極其微弱的電磁輻射），偶爾會進入持續數月或者數年的爆發態，產生明亮的X射線。
這類雙星系統常被稱為黑洞X射線雙星。游貝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，其中包括中國第一顆X射線天文衛星慧眼號，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（熱吸積流）的硬X射線約8天和17天。
科研團隊指出，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。
科研團隊通過分析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，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。
因物理過程的普適性，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。
（受訪單位供圖）
