華大在線(xiàn)訊（通訊員 崔玉竹）近日，我校物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院天體物理研究所崔玉竹博士與云南大學(xué)西南天文研究所林偉康博士在黑洞-吸積盤(pán)-噴流進(jìn)動(dòng)系統(tǒng)研究方面取得突破性進(jìn)展，相關(guān)研究成果于6月20日發(fā)表在《Nature Astronomy》期刊，兩人為共同一作兼通訊作者。

該研究是繼2023年由崔玉竹博士主導(dǎo)的國(guó)際合作組首次發(fā)現(xiàn)M87星系中心黑洞噴流的周期性擺動(dòng)后，兩位研究人員基于對(duì)噴流根部的長(zhǎng)周期高精度觀(guān)測(cè)的進(jìn)一步細(xì)致分析，首次得出M87吸積盤(pán)的結(jié)構(gòu)是致密的，并首次發(fā)現(xiàn)噴流靠近黑洞部位存在與黑洞自旋動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的彎曲結(jié)構(gòu)，標(biāo)志著對(duì)黑洞進(jìn)動(dòng)系統(tǒng)的研究從“現(xiàn)象觀(guān)測(cè)”邁入“精細(xì)物理結(jié)構(gòu)解析”的新階段。

由“共舞”了解黑洞-吸積盤(pán)-噴流系統(tǒng)

M87距地球僅5500萬(wàn)光年，是離地球最近的活躍星系核（AGN）之一，其中心黑洞質(zhì)量高達(dá)65億倍太陽(yáng)質(zhì)量，引力效應(yīng)顯著，是研究強(qiáng)引力場(chǎng)、極端時(shí)空扭曲和黑洞性質(zhì)最為理想的目標(biāo)。2023年發(fā)表的研究通過(guò)分析跨越23年的22GHz和43GHz觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，首次發(fā)現(xiàn)M87噴流以11年為周期擺動(dòng)，這種擺動(dòng)與愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)言的Lense-Thirring（LT）效應(yīng)非常契合——當(dāng)黑洞自旋時(shí)，其周?chē)鷷r(shí)空被拖曳，導(dǎo)致傾斜的吸積盤(pán)像陀螺般進(jìn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)噴流同步偏轉(zhuǎn)，為黑洞存在自旋提供了最直接的觀(guān)測(cè)證據(jù)。然而，噴流如何與吸積盤(pán)動(dòng)態(tài)耦合、吸積盤(pán)的尺度大小及靠近黑洞的噴流是什么結(jié)構(gòu)等問(wèn)題仍懸而未決。

此研究通過(guò)LT進(jìn)動(dòng)周期與吸積盤(pán)結(jié)構(gòu)的聯(lián)合推演，從觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)中解碼出M87中心吸積盤(pán)的小尺度特征，表明進(jìn)動(dòng)著的吸積盤(pán)必須十分緊湊，且比以往文獻(xiàn)上數(shù)值模擬的假設(shè)尺度還要小。此前有關(guān)吸積盤(pán)的研究，在觀(guān)測(cè)上對(duì)小尺度結(jié)構(gòu)解析存在空白，這一進(jìn)展對(duì)從理論上和數(shù)值模擬上學(xué)習(xí)吸積盤(pán)有重要啟示作用。此工作通過(guò)對(duì)毫角秒尺度的噴流區(qū)域的長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)獲取吸積盤(pán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，推進(jìn)了吸積盤(pán)研究從“靜態(tài)幾何重構(gòu)”推進(jìn)至“高精度動(dòng)態(tài)解碼”的新紀(jì)元，為黑洞系統(tǒng)研究樹(shù)立了跨尺度關(guān)聯(lián)的范例。

此外，受?chē)娏鬟M(jìn)動(dòng)現(xiàn)象的啟發(fā)，此研究提出噴流的結(jié)構(gòu)可能存在彎曲。結(jié)合高角分辨率的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，此研究確實(shí)發(fā)現(xiàn)彎曲的噴流模型可以合理解釋靠近黑洞區(qū)域異常大的噴流寬度，表明在黑洞附近區(qū)域的噴流呈現(xiàn)出與吸積盤(pán)同步進(jìn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)彎曲結(jié)構(gòu)。噴流根部彎曲的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步推動(dòng)我們對(duì)于相對(duì)論噴流的形成理論的認(rèn)識(shí)——噴流它不僅是黑洞自旋能量釋放的通道，更可能沿著周?chē)h(huán)境的耦合而逐漸彎曲，越靠近黑洞受黑洞的影響越大，噴流的彎曲程度越明顯。

此項(xiàng)工作可能揭示了一條隱藏的宇宙規(guī)律——M87中觀(guān)測(cè)到的噴流-吸積盤(pán)協(xié)同進(jìn)動(dòng)機(jī)制，可能普遍存在于其他AGN中。該研究為構(gòu)建黑洞-吸積盤(pán)-噴流動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的理論奠定基礎(chǔ)。由崔玉竹博士主導(dǎo)的聯(lián)合中國(guó)、日本、韓國(guó)的東亞甚長(zhǎng)基線(xiàn)干涉陣長(zhǎng)周期監(jiān)測(cè)項(xiàng)目正在持續(xù)觀(guān)測(cè)M87中，未來(lái)可結(jié)合事件視界望遠(yuǎn)鏡陣、下一代EHT等更多更高精度其他長(zhǎng)周期的觀(guān)測(cè)，進(jìn)一步研究吸積盤(pán)-噴流相互作用及其物理機(jī)制。隨著觀(guān)測(cè)技術(shù)的不斷突破和數(shù)值模擬的日益深化，有望在更精細(xì)的尺度上揭開(kāi)極端引力環(huán)境下物質(zhì)與能量的終極奧秘。

（審讀人：秦廣友 趙蘊(yùn)杰 馬英）