記者從中國科學(xué)院國家天文臺獲悉，由該天文臺牽頭、30余家國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)合作在潮汐瓦解事件(TDE)AT2020afhd中發(fā)現(xiàn)了黑洞吸積盤與噴流協(xié)同進(jìn)動的最有力觀測證據(jù)。該成果今天(12月11日)在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》在線發(fā)表。
潮汐瓦解事件是恒星接近星系中心超大質(zhì)量黑洞時被潮汐力撕裂的劇烈天文現(xiàn)象。部分恒星物質(zhì)在回落過程中形成熾熱的吸積盤，釋放強(qiáng)烈輻射，是研究沉寂黑洞激活及相對論性噴流的重要窗口。AT2020afhd位于星系LEDA 145386中心，距離地球約1.2億光年。其在2024年1月被光學(xué)巡天發(fā)現(xiàn)顯著增亮。隨后，研究團(tuán)隊組織了國際協(xié)同觀測，包括Swift望遠(yuǎn)鏡等空間X射線望遠(yuǎn)鏡以及甚大陣射電望遠(yuǎn)鏡等四個射電陣列，并結(jié)合我國興隆2.16米口徑、麗江2.4米口徑等光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，開展了為期一年多的高頻次、多波段監(jiān)測。
△黑洞系統(tǒng)吸積盤與噴流協(xié)同進(jìn)動的藝術(shù)想象圖：空間X射線望遠(yuǎn)鏡用于探測來自吸積盤內(nèi)區(qū)的高能輻射，地基射電陣列則捕捉噴流產(chǎn)生的射電信號。系統(tǒng)分析顯示：在光學(xué)發(fā)現(xiàn)該TDE 215天后，X射線出現(xiàn)周期約19.6天、振幅超10倍的顯著準(zhǔn)周期性振蕩；射電波段也呈現(xiàn)振幅超4倍的同步變化。這種跨波段、強(qiáng)振幅、準(zhǔn)周期的同步變化，強(qiáng)烈暗示吸積盤與噴流之間存在剛性連接，像陀螺一樣圍繞黑洞自轉(zhuǎn)軸進(jìn)動。吸積盤-噴流協(xié)同進(jìn)動的物理機(jī)制很可能源自“蘭斯-蒂林(Lense-Thirring)效應(yīng)”，即旋轉(zhuǎn)的黑洞會拖動周圍時空，導(dǎo)致傾斜的吸積盤及與之垂直的噴流產(chǎn)生進(jìn)動。盡管理論與模擬早已預(yù)言這一現(xiàn)象，但獲得清晰觀測證據(jù)極具挑戰(zhàn)。該科研工作是首次在黑洞系統(tǒng)中清晰地觀測到吸積盤-噴流協(xié)同進(jìn)動。在爆發(fā)初期察覺到其異常劇烈的變化后，科研團(tuán)隊堅持了一年多的多波段密集監(jiān)測，最終揭示并成功解釋了這一獨(dú)特現(xiàn)象的物理起源。過去的觀測多集中在TDEs爆發(fā)初期，長期監(jiān)測既少見也極具挑戰(zhàn)。
團(tuán)隊構(gòu)建的吸積盤-噴流協(xié)同進(jìn)動模型成功重現(xiàn)了X射線與射電光變，并對系統(tǒng)幾何、黑洞自旋及噴流速度進(jìn)行了明確限制。這一現(xiàn)象或許普遍存在，以往受限于觀測模式而未被大量發(fā)現(xiàn)。但隨著司天工程、愛因斯坦探針等對全天區(qū)開展深度、多波段、高頻次長期監(jiān)測，科研人員必將發(fā)現(xiàn)更多例子，促進(jìn)人們對黑洞吸積物理的更深理解。
(總臺央視記者 帥俊全 褚爾嘉)