【菜科解读】

据央视新闻，2023 年 9 月 1 日，《科学》以长文形式发表了主要基于慧眼卫星观测结果的黑洞吸积磁场的最新研究成果。

该项研究利用我国首颗空间 X 射线天文卫星慧眼号的观测数据，联合地面射电和光学望远镜观测，发现了黑洞周围磁囚禁吸积盘形成过程的直接观测证据。

该研究工作由武汉大学、浙江大学、中国科学院上海天文台、中国科学院高能物理研究所、南京大学、中国科学技术大学、法国斯特拉斯堡天文台、波兰理论物理中心等单位共同完成。

黑洞捕获气体的物理过程被称为 " 吸积 "，这种落向黑洞的气体则被称为吸积流，其处在等离子体状态。

吸积流中的黏滞过程能够有效地释放其引力势能，部分地转化为辐射能，产生多波段辐射被地面、空间望远镜所观测到。

因此，通过对气体的吸积，黑洞间接地彰显了自己的存在。

对这些辐射的观测已成为研究黑洞的重要途径。

2019 年，" 事件视界望远镜 "（EHT）合作组织发布了人类历史上第一张黑洞照片（M87），揭开了我们能 " 看到 " 的黑洞及其周围环境的神秘面纱。

然而，在黑洞周围同样存在着 " 看不到 " 的磁场。

黑洞吸积气体的同时，也会向内拖曳磁场。

理论认为，随着吸积气体将外部弱磁场持续带入，吸积流内区磁场会逐渐增强。

相应地，磁场对吸积流的向外磁力作用也将逐渐增强，并最终与黑洞的向内引力相抗衡。

此时，吸积物质便被磁场所囚禁，而无法自由地、快速地掉入黑洞视界面，即形成磁囚禁盘。

磁囚禁盘理论模型已经发展得非常成熟，成功地解释了黑洞吸积系统的许多复杂观测现象。

然而，至今还没有磁囚禁盘存在的直接观测证据，磁囚禁盘是如何形成的更是一个未解之谜。

多项研究指出 M87 星系中心的超大质量黑洞周围可能存在着磁囚禁盘。

但是，即使是 EHT 对 M87 极高分辨率的观测，获得了其黑洞附近磁场信息（位型等），仍然没能确认磁囚禁盘的存在。

除了星系中心的超大质量黑洞，宇宙中还存在着恒星级黑洞。

目前，天文学家已经在许多双星系统之中探测到恒星级黑洞的存在，其质量一般是太阳质量的十倍左右。

科研团队利用对黑洞 X 射线双星 MAXI J1820+070 爆发时的多波段观测数据观测到前所未见的长时标延迟现象：喷流的射电辐射和吸积流外区的光学辐射，分别滞后于吸积流内区高温气体（热吸积流）的硬 X 射线约 8 天和 17 天。

科研团队指出，吸积盘外区弱磁场被黑洞周围热吸积流带入而增强，吸积流径向尺度越大磁场增强越明显。

研究团队通过分析 X 射线观测数据发现：硬 X 射线辐射随吸积率减小而下降，而热吸积流径向尺度随吸积率下降而快速膨胀，使得黑洞附近磁场迅速增强，因而在硬 X 射线辐射峰值之后约 8 天形成磁囚禁盘。

这项工作第一次揭示了吸积流中的磁场输运过程，及黑洞附近热吸积流中形成磁囚禁盘的完整过程。

因而，成为迄今为止，磁囚禁盘存在的最直接观测证据。

由于物理过程的普适性，这项研究成果将极大地推进对不同量级黑洞吸积盘大尺度磁场形成及喷流加速机制等关键科学问题的理解。

此外，研究团队通过对黑洞 X 射线双星爆发过程的数值模拟，第一次揭示了在黑洞吸积即将终止时，由于硬 X 射线的照射，更多的外区吸积物质会由于不稳定性而加速落向黑洞，致使吸积流外区产生光学闪耀，峰值滞后于热吸积流的硬 X 射线辐射峰值约 17 天。

中国天眼 FAST 揭秘黑洞 " 脉搏 "

据央视新闻，记者从中国科学院国家天文台获悉，北京时间 2023 年 7 月 26 日，国际科学期刊《自然》杂志（Nature）发表了围绕中国天眼 FAST 的最新科研成果。

武汉大学物理科学与技术学院天文学系与中国科学院国家天文台联合领导的国际合作研究论文 "Sub-second periodic radio oscillations in a microquasar"（微类星体中的亚秒级周期射电振荡），揭示了黑洞喷流的复杂动力学特性。

微类星体是银河系内由一颗中子星或黑洞与一颗普通恒星组成的双星系统，中子星或黑洞吸积恒星的物质产生高温的吸积盘及相对论性的喷流，在观测上表现为间歇性或长期变化的 X 射线和射电辐射，是研究强引力场和相对论物理的宇宙天然实验室。

GRS 1915+105 是一颗著名的微类星体，含有一个快速旋转的黑洞，并观测到视超光速运动的射电喷流，是研究极端高能物理过程的重要样本。

自发现起近 30 多年来，该黑洞一直具有丰富的 X 射线光变特征和间歇性射电喷流，但我们对黑洞喷流的动力学和快速光变的起源依然不清楚。

为了揭开微类星体的相对论性喷流的神秘面纱，国际合作研究团队自 2020 年至 2022 年利用 FAST 对 GRS 1915+105 首次开展高时间精度的射电连续谱光变和偏振监测。

利用 FAST 高采样和探测灵敏度优势，在 2021 年 1 月和 2022 年 6 月的两次观测均发现黑洞存在微弱的射电脉搏，脉搏周期约为 0.2 秒。

这个脉搏周期不稳定，而且大部分时间无法探测，因此称之为准周期振荡。

该合作研究成果中，武汉大学田鹏夫、张平博士、王伟教授及国家天文台王培副研究员为共同第一作者，国家天文台刘继峰研究员、姜鹏研究员、李菂研究员等是共同作者。

这一成果是国际首次观测到微类星体中亚秒级的低频射电准周期振荡的现象，并揭示黑洞系统的该准周期振荡现象与相对论性喷流直接相关。

此次黑洞射电辐射脉搏的发现，对于揭示致密天体相对论性射电喷流的起源与动力学过程具有重要科学意义，将打开黑洞射电观测和理论研究的新思路。

天文学家首次拍摄到黑洞与喷流 " 全景照 "

2019 年，" 事件视界望远镜 "（EHT）合作组织发布了人类历史上第一张黑洞照片（M87），揭开了我们能 " 看到 " 的黑洞及其周围环境的神秘面纱。

据央视新闻，中国科学院上海天文台路如森研究员领导的国际科研团队在 M87 黑洞的成像研究方面取得最新进展，成功实现了对 M87 黑洞及其周围吸积流和喷流的共同成像探测。

这一成果北京时间 2023 年 4 月 26 日晚在国际学术期刊《自然》在线发表。

最新拍摄的 M87 黑洞及喷流照片 图片央视新闻

据了解，与此前 " 事件视界望远镜 " 合作组织拍摄的照片不同的是，之前的是黑洞的 " 特写 "，人们能够看到的是亮环围绕着中间的黑洞阴影。

而这次拍摄到的则是 " 全景 "，在这张照片中有黑洞、黑洞周围的吸积流以及从吸积盘附近延伸向远处的喷流。

作为事件视界望远镜黑洞照片的拓展，充分展现了黑洞和它周围环境的关系。

北京大学科维理天文与天体物理研究所所长何子山教授介绍，这次是在 2019 年人类首张黑洞照片的基础上，进一步验证了大质量黑洞的存在。

并通过完整的成像，使人们进一步了解了中央超大质量黑洞附近的吸积流与喷流之间的联系。

M87 是目前宇宙中所知质量最大的黑洞之一，其质量是太阳质量的 65 亿倍。

它位于梅西耶 87 星系——即室女座星系团中央巨椭圆星系的中心，距离地球约 5500 万光年。

M87 星系的中心黑洞能驱动能量巨大的喷流，速度接近光速，可以延展至星系以外很远处。

每日经济新闻综合央视新闻

每日经济新闻

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时空弯折的终极秘境 黑洞藏着光线逃不出的边界

强大引力不断拉扯弯折空间，形成一道无形的事件视界，哪怕是宇宙中速度极限的光，一旦跨入这片范围，也再也没有办法向外挣脱逃离。

聊聊黑洞的形成本源，看懂时空弯曲的原理，便能明白光线被困的深层缘由。

广袤宇宙中，万事万物都会带来时空形变，质量越大的天体，对周边时空的弯折效果就越明显。

平日里地球、恒星带来的曲率变化十分微弱，我们很难直观察觉，光线穿行其间只会出现轻微偏移，依旧可以顺畅传播。

可黑洞截然不同，它由超大质量恒星晚年坍缩演化而来，星体内核急剧向内收拢，体积不断压缩，质量却高度汇聚，让周遭时空被剧烈拉扯扭曲。

极度密集的质量，催生出恐怖的时空曲率，空间不再保持平直状态，如同一张被重物狠狠按压凹陷的弹性薄膜，越靠近中心位置，弯折程度就越发夸张。

这种肉眼看不见的空间形变，正是黑洞一切奇特现象的根源，也构筑起专属它的宇宙规则。

事件视界便是时空弯折形成的临界分界线，没有实体轮廓，却划分出两种截然不同的物理世界。

界线外侧的时空曲率相对平缓，宇宙常规法则正常生效，光线、星际物质可以自由穿行，天体也能按照既定轨迹运转，光线能够毫无阻碍地向四面八方传播扩散。

一旦跨过事件视界，时空曲率瞬间飙升至极值，空间结构彻底扭曲塌陷。

此刻所有运动规律都会被改写，光线即便以最快速度行进，也只能顺着弯折的空间不断坠向黑洞核心，完全找不到向外逃逸的路径。

光无法逃离视界范围，也让黑洞拥有了漆黑无光的外表。

本身不会向外辐射反射光线，外界光线落入其中也尽数被束缚吞噬，没有光能抵达观测者视野，所以人类无法直接目视黑洞本体，只能依靠引力效应、光线偏折等间接痕迹判断它的存在。

时空曲率带来的束缚力，不止困住光芒，也禁锢住所有物质与信息。

任何行星、星云碎片、宇宙尘埃，不慎闯入事件视界之后，都会顺着扭曲的空间持续下坠，最终汇聚到中心奇点。

外界永远无法获取视界内部的状态变化，这里成了宇宙天然的封闭秘境。

对比普通天体就能清晰看出差距，行星、恒星的时空弯曲程度有限，物体只要达到对应逃逸速度，就能脱离引力影响。

黑洞曲率突破临界阈值，直接锁住光速运动的光线，成为宇宙中独一无二的时空牢笼。

人类依靠天文观测不断探索黑洞奥秘，从捕捉引力波，到拍摄黑洞实景影像，一步步印证时空曲率的相关理论。

这份极致弯折造就的特殊天体，不断颠覆着人们对时空的固有认知，也指引着人类持续探寻宇宙更深层次的奥秘。

吞噬一切的宇宙深渊，黑洞引力藏着光速禁区

它拥有世间顶尖的引力束缚力，独特的视界边界划分出截然不同的时空领域，只要踏入视界范围之内，就连每秒三十万公里的光速，都没办法挣脱引力拉扯向外逃离。

今天就用闲聊述说的口吻，聊聊黑洞引力的奇特特性，讲讲视界的划分意义，理清为何光速都无法从黑洞内部脱身，一同揭开这片宇宙禁区的神秘面纱。

宇宙天体的引力强弱，一直和自身质量、密度牢牢挂钩。

普通恒星、行星的引力，只能束缚周边卫星与星际物质，物体只要达到对应速度，就能摆脱引力飞向深空。

而黑洞诞生于大质量天体的末期演化，巨型恒星燃料耗尽后，再也无法支撑自身庞大躯体，核心在自身重压下急剧向内坍缩，体积被无限压缩，密度飙升到难以想象的地步。

极致致密的结构，催生出碾压所有常规天体的超强引力，这也让黑洞拥有了独一无二的宇宙统治力。

从黑洞形成的那一刻开始，它就注定成为宇宙里特殊的存在，和我们熟知的星体运转规律彻底区分开来。

围绕黑洞存在一层无形的边界，这便是人们常说的事件视界。

它没有实体外壳，肉眼无法直接看见，却是一道无法逾越的分界线。

视界之外的宇宙空间，依旧遵循常规物理规则，光线、星体、宇宙尘埃都能自由穿梭，天体也可以依靠运动速度远离黑洞影响范围。

一旦物质、光线跨越这条无形界线，彻底进入视界内部，一切都会发生颠覆性改变。

黑洞恐怖的引力会牢牢锁定内部所有存在，再也没有力量能够带着物质脱离这片区域。

衡量天体引力束缚能力，有一个关键参照标准就是逃逸速度，也就是物体摆脱天体引力束缚，飞向宇宙远方需要具备的最低速度。

地球有着自身对应的逃逸速度，火箭突破临界数值便能冲出大气层奔向太空，太阳系里的各大行星、恒星，都有着各自固定的逃逸速度门槛。

黑洞打破了常规天体的速度极限，视界内部的逃逸速度直接超越光速。

光速是目前人类认知里宇宙最快运动速度，连光线本身都没办法积攒足够速度冲破引力牢笼，其他星体、星际物质自然更没有脱身的可能。

光线坠入黑洞视界后，无法向外反射、传播，我们没办法捕捉到黑洞自身散发的光亮，这也是黑洞漆黑一片、难以直接观测的根本原因。

任何闯入视界之内的物质，不管是庞大的恒星残骸，还是细碎的气体尘埃，都会被强大引力不断拉扯撕扯，最终向着黑洞中心奇点不断坠落，彻底消融在这片深渊之中。

超强引力不止禁锢视界内部的一切，也会剧烈扭曲周边时空。

靠近黑洞的星体运行轨迹会被强行弯折，光线途经周边空间也会发生明显偏转。

不少遥远天体发出的光芒，在奔赴地球的途中靠近黑洞区域，都会被引力改变行进路线，这也给天文观测带来了奇妙的视觉效果。

科研人员依靠光线弯折、天体异常运动等间接痕迹，一步步推算黑洞位置，测算它的质量与引力强度。

时至今日，人类依旧没办法近距离抵达黑洞视界实地探查，视界内部的时空结构、物质形态，还留存着大量未解谜题。

光速无法逃逸的特性，让黑洞成为宇宙天然的隔绝领域，里面的一切变化都无法向外传递信息。

黑洞凭借极致强大的引力，划定出超越光速束缚的视界禁区，成为宇宙中最神秘的深渊天体。

这份打破常规物理认知的特质，不断吸引着人类探索研究，随着天文观测技术持续进步，未来我们也会慢慢解锁更多黑洞隐藏的宇宙奥秘。