中國天文學家發現黑洞吸積流風存在的直接觀測證據

上海天文台袁峰課題組和南京大學李志遠課題組合作，通過分析觀測數據，並利用磁流體動力學數值模擬，發現黑洞熱吸積流中存在風的直接觀測證據。

宇宙中幾乎所有星系中心都存在一個超大質量黑洞，黑洞周圍的氣體在黑洞重力作用下朝黑洞下落，形成黑洞吸積盤。吸積盤會發出強烈的輻射和物質外流，人類首張黑洞照片中拍到的輻射就是源於吸積盤。黑洞吸積是研究活動星系核、伽馬射線暴等重要高能天體物理現象的理論基礎。

根據其溫度不同，黑洞吸積流分為冷、熱兩種，宇宙中大部分黑洞周圍是熱吸積流。熱吸積流中是否存在風曾經是該領域爭論的焦點問題。十年前，上海天文台課題組完成的理論研究證明，熱吸積流中存在很強的風。這一結果被同行專家稱為該領域的一個重大進展，它不僅決定了天文學家如何理解黑洞的觀測結果，還認為是影響整個星系演化的關鍵因素，比如目前國際上最著名的宇宙學數值模擬IllustrisTNG研究結果顯示，黑洞熱吸積流的風很可能是導致星系熄滅的原因。

然而，由於這種風的觀測訊號比較弱等原因，直接觀測證據一直非常欠缺。上海天文台袁峰課題組和南京大學李志遠課題組最近通過分析一個典型存在熱吸積流的黑洞M81*的高分辨率錢德拉（Chandra）光譜，發現鐵元素的紅移以及藍移的萊曼-阿爾法線（Lyman-alpha line）發射線。

觀測數據顯示，這些發射線是從速度約每秒三千公里的外流（風）中發出來的，而且這些外流的溫度為12keV。為理解這些觀測結果，合作團隊對M81*的熱吸積流的風進行磁流體動力學數值模擬，依據模擬結果計算吸積流的風產生的發射線的性質，發現與觀測結果非常吻合（上圖）。這個結果證明M81*中的確存在很強的風，是首次發現熱吸積流中風存在的直接觀測證據，驗證熱吸積流理論預言的結果，把我們對黑洞吸積過程、黑洞與星系的共同演化等重要科學問題的理解又向前推進了重要一步。

【圖、文：節錄自中國科學院上海天文台網頁；新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2021年7月12日出版的《自然 - 學》期刊