9月1日，科技日報(bào)記者從武漢大學(xué)得到消息，該校的物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院天文系副教授游貝團(tuán)隊(duì)最近在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇文章， 詳細(xì)闡述了他們對黑洞吸積磁場的觀測與研究結(jié)果 。

該團(tuán)隊(duì)利用中國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星“慧眼”的觀測數(shù)據(jù)，聯(lián)合地面射電和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測，發(fā)現(xiàn)了黑洞周圍磁囚禁吸積盤形成過程的直接觀測證據(jù)。

這個發(fā)現(xiàn)也意味著，黑洞的又一個“秘密”被人類揭開，更令人興奮的是， 這項(xiàng)研究是由中國科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的 。

【資料圖】

黑洞 ，是 宇宙中的一個大質(zhì)量天體 ，而 吸積盤 ，則 是以它為中心天體形成的，圍繞著黑洞進(jìn)行軌道運(yùn)動的彌散物質(zhì)結(jié)構(gòu) 。

吸積盤是天體物理學(xué)中 普遍存在的現(xiàn)象 ，除了黑洞，許多天體都擁有自己的吸積盤，比如伽瑪射線暴和活動星系核等。通常來說， 吸積盤來自中心天體產(chǎn)生的物理噴流 ，之所以中心天體會產(chǎn)生噴流， 目的是為了在 不損失自身太多質(zhì)量 的前提下，釋放自己的角動量 。

通常，擁有吸積盤的天體， 其自身的質(zhì)量都非?？捎^ ，也只有較大的質(zhì)量，才能讓中心天體扭曲時空的程度更大，捕獲更多從它周圍經(jīng)過的物質(zhì)。

黑洞磁囚禁盤

當(dāng)被捕獲的物質(zhì)（包括氣體）進(jìn)入吸積盤時，它們會沿著一條被稱為 tendex線 的軌跡運(yùn)動。

根據(jù)游貝教授介紹，黑洞捕獲氣體的物理過程就是“吸積過程”，落向黑洞的氣體被稱為“吸積流”，它們都為等離子體狀態(tài)。

黑洞的吸積盤非常熱， 熱到足以穿過事件視界，朝外輻射X射線 。同時，吸積的過程還會釋放巨大的能量， 可以將物體質(zhì)量的10%至40%都轉(zhuǎn)換成能量 ，而核聚變的過程只能達(dá)到%。

正因?yàn)榇筚|(zhì)量天體，比如黑洞，它們在吸積氣體時會產(chǎn)生劇烈的作用，于是科學(xué)家認(rèn)為， 吸積的過程也會造成磁場向內(nèi)被拖曳 。理論上，氣體被吸入時外部的 磁場也將隨之進(jìn)入黑洞 ，那么 吸積流中的磁場就會變得越來越強(qiáng) 。

為了能與黑洞產(chǎn)生的向內(nèi)的巨大引力達(dá)成平衡，磁場對吸積流的向外磁力作用也將逐漸增強(qiáng)，此時，被吸積的物質(zhì)就會被磁場所囚禁，形成磁囚禁盤。

研究現(xiàn)狀

關(guān)于磁囚禁盤的 理論模型已經(jīng)十分完善 ，科學(xué)家通過這個模型也解釋了許多黑洞存在的現(xiàn)象，這代表 磁囚禁盤是存在的 。

然而，就像黑洞本身一樣，曾經(jīng)有無數(shù)物理學(xué)家預(yù)言它的存在，但是人們一直沒能找到有關(guān)黑洞的直接觀測證據(jù)，直到2019年，黑洞才被拍下了第一張照片。

根據(jù)此前的許多研究可以得到，作為M87星系中心的 超大質(zhì)量黑洞 ，在它的周圍 可能存在著磁囚禁盤 ，但 始終缺乏直接證據(jù) 。為了更好地尋找觀測證據(jù)，科學(xué)家將視線轉(zhuǎn)向只會在偶爾才進(jìn)入爆發(fā)態(tài)的 恒星級黑洞 。

現(xiàn)在，游貝教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)，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)，觀測到此前從未出現(xiàn)過的長時標(biāo)延遲現(xiàn)象：噴流的射電輻射和吸積流外區(qū)的光學(xué)輻射，分別滯后于吸積流內(nèi)區(qū)高溫氣體（熱吸積流）的硬X射線約8天和17天。

科研團(tuán)隊(duì)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。

意義于未來

這一研究不僅為磁囚禁盤的存在 找到了直接的觀測證據(jù) ，更重要的是，科學(xué)家們還弄清楚了 吸積流中磁場究竟是如何運(yùn)輸?shù)? ，以及 磁囚禁盤是如何形成的 這兩個關(guān)鍵問題。

未來，科學(xué)家能在此研究的基礎(chǔ)上， 進(jìn)一步探索更大質(zhì)量黑洞的磁場形成等問題 ，可以說，這項(xiàng)研究取得的成果，意義十分重大。

關(guān)鍵詞：