黑洞吸積盤與噴流研究取得最新進展

記者從中國科學院國家天文臺獲悉，由該天文臺牽頭、30余家國內外科研機構合作在潮汐瓦解事件（TDE）AT2020afhd中發現了黑洞吸積盤與噴流協同進動的最有力觀測證據。該成果12月11日在國際學術期刊《科學·進展》在線發表。

潮汐瓦解事件是恒星接近星系中心超大質量黑洞時被潮汐力撕裂的劇烈天文現象。部分恒星物質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月被光學巡天發現顯著增亮。隨后，研究團隊組織了國際協同觀測，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，并結合我國興隆2.16米口徑、麗江2.4米口徑等光學望遠鏡，開展了為期一年多的高頻次、多波段監測。

△黑洞系統吸積盤與噴流協同進動的藝術想象圖：空間X射線望遠鏡用于探測來自吸積盤內區的高能輻射，地基射電陣列則捕捉噴流產生的射電信號。

系統分析顯示：在光學發現該TDE 215天后，X射線出現周期約19.6天、振幅超10倍的顯著準周期性振蕩；射電波段也呈現振幅超4倍的同步變化。這種跨波段、強振幅、準周期的同步變化，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軸進動。吸積盤-噴流協同進動的物理機制很可能源自“蘭斯-蒂林（Lense-Thirring）效應”，即旋轉的黑洞會拖動周圍時空，導致傾斜的吸積盤及與之垂直的噴流產生進動。盡管理論與模擬早已預言這一現象，但獲得清晰觀測證據極具挑戰。該科研工作是首次在黑洞系統中清晰地觀測到吸積盤-噴流協同進動。在爆發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測，最終揭示并成功解釋了這一獨特現象的物理起源。過去的觀測多集中在TDEs爆發初期，長期監測既少見也極具挑戰。

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