人類首張黑洞(M87)照片，相信大家都不陌生。這張照片的中心是一個(gè)近似圓形的黑暗區(qū)域，該區(qū)域被一個(gè)發(fā)光的亮環(huán)包圍。中間的黑色圓圈是由黑洞的存在而導(dǎo)致的，發(fā)光的亮環(huán)則來自黑洞周圍的“吸積流”氣體。那么，該吸積流的本質(zhì)是怎樣的？中國科學(xué)院上海天文臺(tái)袁峰研究員課題組對(duì)這一問題進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)該吸積流中磁場(chǎng)很強(qiáng)，屬于磁主導(dǎo)的“瘋狂”吸積流。相關(guān)成果近日發(fā)表在《天體物理學(xué)》雜志上。

　　此前，科學(xué)家通過研究預(yù)言，宇宙中存在兩種吸積流，一種是“正�！蔽�積流，另外一種是“瘋狂”吸積流，前者磁場(chǎng)較弱，后者磁場(chǎng)很強(qiáng)。除了磁場(chǎng)外，兩種吸積流在其他方面也存在著很大的不同。

　　那么，首張黑洞照片中的吸積流屬于哪一種呢？

　　這個(gè)問題也一直是事件視界望遠(yuǎn)鏡國際合作組織(EHT)的研究課題之一。他們通過觀測(cè)得到了偏振光下黑洞M87的照片。利用該照片，結(jié)合針對(duì)“正�！迸c“瘋狂”吸積流的數(shù)值模擬以及復(fù)雜的偏振光輻射轉(zhuǎn)移計(jì)算，他們推斷該吸積流非�？赡苁恰隘偪瘛蔽�積流。EHT于2021年3月召開新聞發(fā)布會(huì)宣布了這一成果。然而遺憾的是，EHT觀測(cè)的是距離黑洞很近的吸積流的輻射，由于黑洞附近廣義相對(duì)論效應(yīng)很強(qiáng)，吸積流是強(qiáng)湍動(dòng)的，以及難以準(zhǔn)確確定吸積流中電子的溫度和非熱電子數(shù)目等原因，導(dǎo)致這一研究結(jié)果存在不確定性。

　　為此，中國科學(xué)院上海天文臺(tái)袁峰研究員課題組獨(dú)辟蹊徑，利用天文學(xué)家2019年得到的對(duì)距離該黑洞1萬至10萬黑洞半徑處區(qū)域的射電偏振觀測(cè)數(shù)據(jù)，重新研究了這一問題。由于黑洞吸積伴隨著很強(qiáng)的外流(風(fēng)和噴流)，而且這些外流充滿了從黑洞到至少100萬黑洞半徑的區(qū)域，不同的吸積流肯定就會(huì)在這些區(qū)域留下“痕跡”。所以，結(jié)合該偏振觀測(cè)數(shù)據(jù)以及理論模擬，通過計(jì)算并比較一個(gè)叫“旋轉(zhuǎn)量”的物理量，課題組就可以確定吸積流的物理本質(zhì)。與EHT使用的數(shù)據(jù)不同，由于課題組觀測(cè)的是距離黑洞較遠(yuǎn)處的氣體，因此廣義相對(duì)論效應(yīng)、吸積流的湍動(dòng)效應(yīng)都很弱，也不需要考慮對(duì)電子溫度和對(duì)非熱電子的依賴。此項(xiàng)研究的結(jié)果令人信服地證明，該黑洞的吸積流的確是磁主導(dǎo)的“瘋狂”吸積流。由于宇宙中很大部分超大質(zhì)量黑洞周圍的吸積流都跟M87的類似，這一工作對(duì)于我們理解宇宙中黑洞吸積流的物理本質(zhì)具有重要意義。(據(jù)中國科學(xué)院上海天文臺(tái)官網(wǎng))