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數值模擬證實黑洞熱吸積流中有風

時間:2021-07-15 14:40:42 來源:中國科學報

  南京大學教授李志遠課題組和中科院上海天文台研究員袁峯課題組合作,通過分析觀測數據,並利用磁流體動力學數值模擬,發現了黑洞熱吸積流中存在風的直接觀測證據。相關研究成果近日發表於《自然—天文學》。

  宇宙中幾乎所有星系中心都存在一個超大質量黑洞,其周圍氣體在黑洞引力的作用下朝黑洞下落,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。

  根據其温度不同,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多年的焦點問題。

  袁峯課題組10年前完成的理論研究解決了這一問題,證明熱吸積流中存在很強的風。

  “然而,這種風的觀測信號較弱等因素導致直接觀測證據欠缺。”袁峯告訴《中國科學報》。李志遠課題組在這項研究中通過分析一個典型存在熱吸積流的黑洞——M81*的高分辨率錢德拉光譜,發現了鐵元素的紅移以及藍移的拉曼阿拉法發射線。研究數據暗示,這些發射線是從速度約每秒3000公里的氣體中發出來的,而且這些氣體的温度為12千電子伏特。

  為理解這些觀測結果,袁峯課題組對M81*的熱吸積流的風進行了磁流體動力學數值模擬,依據模擬結果,計算了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。這一結果證明M81*中的確存在很強的風,首次發現了熱吸積流中風存在的直接觀測證據,驗證了熱吸積流理論預言的結果,有助於學界更好地理解黑洞吸積過程、黑洞與星系的共同演化等重要科學問題。(黃辛)

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編輯: 劉坤媛
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