中科院上海天文台揭秘M87黑洞喷流奥秘

中科院上海天文台揭秘M87黑洞喷流奥秘

2019年，人类首次“看见”了黑洞——位于M87星系中心的超大质量黑洞，其质量约为太阳的65亿倍。这个神秘的天体不仅在2024年12月发出了显著的伽马射线耀斑，最近更成为了揭示黑洞喷流机制的关键。

黑洞喷流是天体物理学中最引人入胜的现象之一。这些以接近光速喷射的物质和能量，形成了一束束“宇宙激光”，其长度甚至可以远远超过星系的尺度。然而，喷流的形成机制一直是困扰科学家的难题。

目前，关于黑洞喷流的形成主要有两个理论模型：

1. 提取黑洞转动能模型：通过大尺度磁场提取黑洞的旋转能量，驱动喷流的形成。这个模型由诺贝尔物理学奖获得者罗杰·彭罗斯等人提出，曾获得邵逸夫天文奖。

2. 提取吸积盘转动能模型：磁场从吸积盘中提取能量，推动物质向外喷射。

中国科学院上海天文台袁峰研究员带领的国际团队，通过对比这两种模型的预言与M87黑洞喷流的实际观测结果，取得了重要突破。研究团队利用大规模数值模拟，计算了黑洞吸积流和两种机制产生的喷流，并详细分析了喷流的辐射特征。

研究发现，提取黑洞转动能的模型与实际观测结果高度吻合。该模型不仅准确预测了喷流的形态、宽度和速度场，还解释了喷流的“边缘变亮”现象。相比之下，提取吸积盘转动能的模型则难以解释观测结果。

研究团队进一步揭示了喷流中“磁重联”的物理机制。磁重联是喷流中粒子加速的关键过程，它发生在黑洞吸积盘的“磁囚禁”区域。这里的磁场会产生准周期性的“磁爆发”，这种爆发能够对磁场产生强扰动，并将扰动传播到很远的距离，最终导致喷流中的磁重联。

这一发现不仅验证了黑洞喷流的形成机制，还为理解黑洞附近的极端物理环境提供了新线索。通过磁场提取黑洞转动能的机制，不仅解释了喷流的形成，还揭示了黑洞如何与周围环境相互作用。

这项研究发表在《科学进展》杂志上，标志着人类对黑洞喷流的理解迈出了重要一步。随着更多观测数据的积累和理论模型的完善，我们有望进一步揭示黑洞这一宇宙中最神秘天体的奥秘。