距離132億光年！科學(xué)家發(fā)現(xiàn)迄今最遙遠(yuǎn)黑洞，質(zhì)量在一千萬至一億倍太陽質(zhì)量之間

每經(jīng)編輯 杜宇

據(jù)央視新聞客戶端11月10日消息，近日，美國科學(xué)家宣布，發(fā)現(xiàn)了迄今為止最遙遠(yuǎn)的黑洞，距離地球約132億光年。這一科研成果本周在國際期刊《自然-天文學(xué)》在線發(fā)表。

圖片來源：央視新聞

結(jié)合美國宇航局錢德拉X射線天文臺和詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)誕生于宇宙大爆炸后，僅4.7億年的黑洞的跡象，這是利用X射線發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)的黑洞。

該黑洞位于一個(gè)名為UHZ1的星系中，距地球約132億光年，由美國哈佛-史密森天體物理學(xué)中心科學(xué)家阿科什·波格丹領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)。黑洞形成時(shí)宇宙年齡只有現(xiàn)在的3%。

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利用錢德拉探測器經(jīng)過兩周多的觀測，研究人員發(fā)現(xiàn)這個(gè)星系中存在強(qiáng)烈的、過熱的、發(fā)射X射線的氣體，這是一個(gè)不斷增長的超大質(zhì)量黑洞的標(biāo)志。

根據(jù)黑洞在吞噬周圍物質(zhì)過程中發(fā)出的X射線等特征，研究人員估計(jì)這個(gè)黑洞的質(zhì)量在一千萬至一億倍太陽質(zhì)量之間。研究人員說，證據(jù)表明，該黑洞一誕生就巨大無比，質(zhì)量接近其所處星系所有恒星質(zhì)量的總和。但在其附近的宇宙區(qū)域，星系中黑洞的質(zhì)量往往比其中恒星的總質(zhì)量小得多。

研究人員認(rèn)為，這個(gè)黑洞的特征支持了一些天文學(xué)家之前提出的相關(guān)理論，即在宇宙初期會因?yàn)榫薮蟮男窃铺s而形成大型黑洞。研究人員計(jì)劃進(jìn)一步分析相關(guān)數(shù)據(jù)，以更深入地探索宇宙形成初期的奧秘。

中國天眼FAST首次揭秘黑洞脈搏

據(jù)央視新聞，北京時(shí)間7月27日凌晨，國際科學(xué)期刊《自然》發(fā)表了圍繞中國天眼FAST發(fā)現(xiàn)的最新成果。武漢大學(xué)天文學(xué)系與中國科學(xué)院國家天文臺聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)的國際合作研究論文《Sub-second periodic radio oscillations in a microquasar》（微類星體中的亞秒級周期射電振蕩），揭示了黑洞噴流的復(fù)雜動力學(xué)特性。

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微類星體是銀河系內(nèi)由一顆中子星或黑洞與一顆普通恒星組成的雙星系統(tǒng)，中子星或黑洞吸積恒星的物質(zhì)產(chǎn)生高溫的吸積盤及相對論性的噴流，在觀測上表現(xiàn)為間歇性或長期變化的X射線和射電輻射，是研究強(qiáng)引力場和相對論物理的宇宙天然實(shí)驗(yàn)室。GRS 1915+105是一顆著名的微類星體，含有一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的黑洞，并觀測到視超光速運(yùn)動的射電噴流，是研究極端高能物理過程的重要樣本。自發(fā)現(xiàn)起近30多年來，該黑洞一直具有豐富的X射線光變特征和間歇性射電噴流，但我們對黑洞噴流的動力學(xué)和快速光變的起源依然不清楚。

為了揭開微類星體的相對論性噴流的神秘面紗，國際合作研究團(tuán)隊(duì)自2020至2022年利用FAST對GRS 1915+105首次開展高時(shí)間精度的射電連續(xù)譜光變和偏振監(jiān)測。利用FAST高采樣和探測靈敏度優(yōu)勢，在2021年1月和2022年6月的兩次觀測均發(fā)現(xiàn)黑洞存在微弱的射電脈搏，脈搏周期約為0.2秒。這個(gè)脈搏周期不穩(wěn)定，而且大部分時(shí)間無法探測，因此稱之為準(zhǔn)周期振蕩。該合作研究成果中，武漢大學(xué)田鵬夫、張平博士、王偉教授及國家天文臺王培副研究員為共同第一作者，國家天文臺劉繼峰研究員、姜鵬研究員、李菂研究員等是共同作者。

這一成果是國際首次觀測到微類星體中亞秒級的低頻射電準(zhǔn)周期振蕩的現(xiàn)象，并揭示黑洞系統(tǒng)的準(zhǔn)周期振蕩現(xiàn)象與相對論性噴流直接相關(guān)。此次黑洞射電輻射脈搏的發(fā)現(xiàn)，對于揭示致密天體相對論性射電噴流的起源與動力學(xué)過程具有重要科學(xué)意義，將打開黑洞射電觀測和理論研究的新思路。

關(guān)于黑洞！中國“慧眼”又有新發(fā)現(xiàn)

據(jù)央視新聞，9月1日，《科學(xué)》以長文形式發(fā)表了主要基于慧眼衛(wèi)星觀測結(jié)果的黑洞吸積磁場的最新研究成果。該項(xiàng)研究利用我國首顆空間X射線天文衛(wèi)星慧眼號的觀測數(shù)據(jù)，聯(lián)合地面射電和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測，發(fā)現(xiàn)了黑洞周圍磁囚禁吸積盤形成過程的直接觀測證據(jù)。該研究工作由武漢大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科學(xué)院上海天文臺、中國科學(xué)院高能物理研究所、南京大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、法國斯特拉斯堡天文臺、波蘭理論物理中心等單位共同完成。

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黑洞捕獲氣體的物理過程被稱為“吸積”，這種落向黑洞的氣體則被稱為吸積流，其處在等離子體狀態(tài)。吸積流中的黏滯過程能夠有效地釋放其引力勢能，部分地轉(zhuǎn)化為輻射能，產(chǎn)生多波段輻射被地面、空間望遠(yuǎn)鏡所觀測到。因此，通過對氣體的吸積，黑洞間接地彰顯了自己的存在。對這些輻射的觀測已成為研究黑洞的重要途徑。

2019年，“事件視界望遠(yuǎn)鏡”（EHT）合作組織發(fā)布了人類歷史上第一張黑洞照片（M87），揭開了我們能“看到”的黑洞及其周圍環(huán)境的神秘面紗。然而，在黑洞周圍同樣存在著“看不到”的磁場。黑洞吸積氣體的同時(shí)，也會向內(nèi)拖曳磁場。理論認(rèn)為，隨著吸積氣體將外部弱磁場持續(xù)帶入，吸積流內(nèi)區(qū)磁場會逐漸增強(qiáng)。相應(yīng)地，磁場對吸積流的向外磁力作用也將逐漸增強(qiáng)，并最終與黑洞的向內(nèi)引力相抗衡。此時(shí)，吸積物質(zhì)便被磁場所囚禁，而無法自由地、快速地掉入黑洞視界面，即形成磁囚禁盤。磁囚禁盤理論模型已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，成功地解釋了黑洞吸積系統(tǒng)的許多復(fù)雜觀測現(xiàn)象。然而，至今還沒有磁囚禁盤存在的直接觀測證據(jù)，磁囚禁盤是如何形成的更是一個(gè)未解之謎。多項(xiàng)研究指出M87星系中心的超大質(zhì)量黑洞周圍可能存在著磁囚禁盤。但是，即使是EHT對M87極高分辨率的觀測，獲得了其黑洞附近磁場信息（位型等），仍然沒能確認(rèn)磁囚禁盤的存在。

除了星系中心的超大質(zhì)量黑洞，宇宙中還存在著恒星級黑洞。目前，天文學(xué)家已經(jīng)在許多雙星系統(tǒng)之中探測到恒星級黑洞的存在，其質(zhì)量一般是太陽質(zhì)量的十倍左右?？蒲袌F(tuán)隊(duì)利用對黑洞X射線雙星MAXI J1820+070爆發(fā)時(shí)的多波段觀測數(shù)據(jù)觀測到前所未見的長時(shí)標(biāo)延遲現(xiàn)象：噴流的射電輻射和吸積流外區(qū)的光學(xué)輻射，分別滯后于吸積流內(nèi)區(qū)高溫氣體（熱吸積流）的硬X射線約8天和17天?？蒲袌F(tuán)隊(duì)指出，吸積盤外區(qū)弱磁場被黑洞周圍熱吸積流帶入而增強(qiáng)，吸積流徑向尺度越大磁場增強(qiáng)越明顯。研究團(tuán)隊(duì)通過分析X射線觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：硬X射線輻射隨吸積率減小而下降，而熱吸積流徑向尺度隨吸積率下降而快速膨脹，使得黑洞附近磁場迅速增強(qiáng)，因而在硬X射線輻射峰值之后約8天形成磁囚禁盤。

這項(xiàng)工作第一次揭示了吸積流中的磁場輸運(yùn)過程，及黑洞附近熱吸積流中形成磁囚禁盤的完整過程。因而，成為迄今為止，磁囚禁盤存在的最直接觀測證據(jù)。由于物理過程的普適性，這項(xiàng)研究成果將極大地推進(jìn)對不同量級黑洞吸積盤大尺度磁場形成及噴流加速機(jī)制等關(guān)鍵科學(xué)問題的理解。

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