我校與云南大學聯合團隊在《Nature Astronomy》發表關于黑洞噴流重大研究成果

華大在線訊（通訊員 崔玉竹）近日，我校物理科學與技術學院天體物理研究所崔玉竹博士與云南大學西南天文研究所林偉康博士在黑洞-吸積盤-噴流進動系統研究方面取得突破性進展，相關研究成果于6月20日發表在《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的國際合作組首次發現M87星系中心黑洞噴流的周期性擺動后，兩位研究人員基于對噴流根部的長周期高精度觀測的進一步細致分析，首次得出M87吸積盤的結構是致密的，并首次發現噴流靠近黑洞部位存在與黑洞自旋動態關聯的彎曲結構，標志著對黑洞進動系統的研究從“現象觀測”邁入“精細物理結構解析”的新階段。

由“共舞”了解黑洞-吸積盤-噴流系統

M87距地球僅5500萬光年，是離地球最近的活躍星系核（AGN）之一，其中心黑洞質量高達65億倍太陽質量，引力效應顯著，是研究強引力場、極端時空扭曲和黑洞性質最為理想的目標。2023年發表的研究通過分析跨越23年的22GHz和43GHz觀測數據，首次發現M87噴流以11年為周期擺動，這種擺動與愛因斯坦廣義相對論預言的Lense-Thirring（LT）效應非常契合——當黑洞自旋時，其周圍時空被拖曳，導致傾斜的吸積盤像陀螺般進動，進而帶動噴流同步偏轉，為黑洞存在自旋提供了最直接的觀測證據。然而，噴流如何與吸積盤動態耦合、吸積盤的尺度大小及靠近黑洞的噴流是什么結構等問題仍懸而未決。

此研究通過LT進動周期與吸積盤結構的聯合推演，從觀測數據中解碼出M87中心吸積盤的小尺度特征，表明進動著的吸積盤必須十分緊湊，且比以往文獻上數值模擬的假設尺度還要小。此前有關吸積盤的研究，在觀測上對小尺度結構解析存在空白，這一進展對從理論上和數值模擬上學習吸積盤有重要啟示作用。此工作通過對毫角秒尺度的噴流區域的長期觀測獲取吸積盤內部結構，推進了吸積盤研究從“靜態幾何重構”推進至“高精度動態解碼”的新紀元，為黑洞系統研究樹立了跨尺度關聯的范例。

此外，受噴流進動現象的啟發，此研究提出噴流的結構可能存在彎曲。結合高角分辨率的觀測數據結果，此研究確實發現彎曲的噴流模型可以合理解釋靠近黑洞區域異常大的噴流寬度，表明在黑洞附近區域的噴流呈現出與吸積盤同步進動的動態彎曲結構。噴流根部彎曲的發現進一步推動我們對于相對論噴流的形成理論的認識——噴流它不僅是黑洞自旋能量釋放的通道，更可能沿著周圍環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。

此項工作可能揭示了一條隱藏的宇宙規律——M87中觀測到的噴流-吸積盤協同進動機制，可能普遍存在于其他AGN中。該研究為構建黑洞-吸積盤-噴流動態關聯的理論奠定基礎。由崔玉竹博士主導的聯合中國、日本、韓國的東亞甚長基線干涉陣長周期監測項目正在持續觀測M87中，未來可結合事件視界望遠鏡陣、下一代EHT等更多更高精度其他長周期的觀測，進一步研究吸積盤-噴流相互作用及其物理機制。隨著觀測技術的不斷突破和數值模擬的日益深化，有望在更精細的尺度上揭開極端引力環境下物質與能量的終極奧秘。

（審讀人：秦廣友 趙蘊杰 馬英）