人类首张黑洞(M87)照片，相信大家都不陌生。这张照片的中心是一个近似圆形的黑暗区域，该区域被一个发光的亮环包围。中间的黑色圆圈是由黑洞的存在而导致的，发光的亮环则来自黑洞周围的“吸积流”气体。那么，该吸积流的本质是怎样的？中国科学院上海天文台袁峰研究员课题组对这一问题进行了研究，发现该吸积流中磁场很强，属于磁主导的“疯狂”吸积流。相关成果近日发表在《天体物理学》杂志上。
此前，科学家通过研究预言，宇宙中存在两种吸积流，一种是“正常”吸积流，另外一种是“疯狂”吸积流，前者磁场较弱，后者磁场很强。除了磁场外，两种吸积流在其他方面也存在着很大的不同。
那么，首张黑洞照片中的吸积流属于哪一种呢？
这个问题也一直是事件视界望远镜国际合作组织(EHT)的研究课题之一。他们通过观测得到了偏振光下黑洞M87的照片。利用该照片，结合针对“正常”与“疯狂”吸积流的数值模拟以及复杂的偏振光辐射转移计算，他们推断该吸积流非常可能是“疯狂”吸积流。EHT于2021年3月召开新闻发布会宣布了这一成果。然而遗憾的是，EHT观测的是距离黑洞很近的吸积流的辐射，由于黑洞附近广义相对论效应很强，吸积流是强湍动的，以及难以准确确定吸积流中电子的温度和非热电子数目等原因，导致这一研究结果存在不确定性。
为此，中国科学院上海天文台袁峰研究员课题组独辟蹊径，利用天文学家2019年得到的对距离该黑洞1万至10万黑洞半径处区域的射电偏振观测数据，重新研究了这一问题。由于黑洞吸积伴随着很强的外流(风和喷流)，而且这些外流充满了从黑洞到至少100万黑洞半径的区域，不同的吸积流肯定就会在这些区域留下“痕迹”。所以，结合该偏振观测数据以及理论模拟，通过计算并比较一个叫“旋转量”的物理量，课题组就可以确定吸积流的物理本质。与EHT使用的数据不同，由于课题组观测的是距离黑洞较远处的气体，因此广义相对论效应、吸积流的湍动效应都很弱，也不需要考虑对电子温度和对非热电子的依赖。此项研究的结果令人信服地证明，该黑洞的吸积流的确是磁主导的“疯狂”吸积流。由于宇宙中很大部分超大质量黑洞周围的吸积流都跟M87的类似，这一工作对于我们理解宇宙中黑洞吸积流的物理本质具有重要意义。(据中国科学院上海天文台官网)
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