12月12日中午，在北京中國科學(xué)院國家天文臺的會議室內(nèi)，研究員劉繼峰、王亞楠，中國科學(xué)院大學(xué)副教授黃樣以及華中科技大學(xué)教授雷衛(wèi)華等科研人員，正將目光聚焦于1.2億光年外的一場“宇宙風(fēng)暴”——一顆恒星被超大質(zhì)量黑洞的強(qiáng)大潮汐力撕裂，其殘骸形成熾熱的吸積盤，同時驅(qū)動噴流同步擺動。就在前一天，由他們領(lǐng)銜、聯(lián)合30余家國內(nèi)外機(jī)構(gòu)完成的研究成果在《科學(xué)進(jìn)展》發(fā)表，首次在潮汐瓦解事件（TDE）AT2020afhd中獲取了有力觀測證據(jù)，清晰“捕捉”到黑洞系統(tǒng)的“協(xié)同運(yùn)動”——吸積盤與噴流的協(xié)同進(jìn)動現(xiàn)象。

黑洞系統(tǒng)吸積盤與噴流協(xié)同進(jìn)動的藝術(shù)想象圖。張旭/繪 中國科學(xué)院國家天文臺供圖

AT2020afhd位于星系LEDA 145386的中心區(qū)域，與地球相距約1.2億光年。潮汐瓦解事件指的是，當(dāng)恒星過于靠近星系中心的超大質(zhì)量黑洞時，被黑洞強(qiáng)大的潮汐力撕裂的劇烈天文現(xiàn)象。部分恒星碎片在回落過程中會形成高溫吸積盤，釋放出強(qiáng)烈的輻射。研究團(tuán)隊(duì)推測，吸積盤與噴流的同步進(jìn)動很可能源于廣義相對論所預(yù)言的“蘭斯-蒂林效應(yīng)”，即旋轉(zhuǎn)的黑洞會拖拽其周圍的時空，導(dǎo)致傾斜的吸積盤及其垂直方向的噴流整體發(fā)生周期性擺動。盡管理論上早已對黑洞系統(tǒng)的這種“運(yùn)動模式”有所預(yù)測，但要獲取清晰的觀測證據(jù)卻極具挑戰(zhàn)性。

2024年1月，王亞楠通過“暫現(xiàn)源名稱服務(wù)網(wǎng)”注意到了AT2020afhd這一事件。“在發(fā)現(xiàn)該事件存在X射線輻射后，我們立即啟動了更高頻次的X射線監(jiān)測工作。”王亞楠介紹道，“不過當(dāng)時我們并未預(yù)料到這個天體源會如此特殊。直到持續(xù)監(jiān)測一個月后，我們發(fā)現(xiàn)它的X射線輻射存在劇烈的光度變化?！被谶@一發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)決定開展密集監(jiān)測，并迅速組織國際協(xié)同觀測，進(jìn)行了為期一年多的多波段高頻次觀測。

研究的轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在該事件被發(fā)現(xiàn)的215天后：觀測數(shù)據(jù)顯示，X射線光變呈現(xiàn)出周期約19.6天、振幅超過10倍的準(zhǔn)周期振蕩；與此同時，射電波段也同步出現(xiàn)了超過4倍振幅的變化?！斑@種跨波段、高振幅且準(zhǔn)周期的同步變化，表明吸積盤與噴流之間存在剛性連接，就像陀螺一樣圍繞黑洞的自轉(zhuǎn)軸共同進(jìn)動。”王亞楠解釋說。隨后，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的協(xié)同進(jìn)動模型成功復(fù)現(xiàn)了觀測數(shù)據(jù)，并對該系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)、黑洞自旋狀態(tài)以及噴流速度等關(guān)鍵參數(shù)作出了明確限制。

目前，在國家天文臺的牽頭組織下，國內(nèi)已成立潮汐瓦解事件研究小組，定期開展學(xué)術(shù)交流活動，為相關(guān)重大發(fā)現(xiàn)提供智力支持。展望未來，劉繼峰表示：“隨著‘司天工程’（GOTTA）、‘天關(guān)’衛(wèi)星等新一代時域天文設(shè)施的投入運(yùn)行，我們將能夠?qū)崿F(xiàn)對全天區(qū)的深度、多波段、高頻次監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)更多類似的天文事件，從而進(jìn)一步深化對黑洞吸積物理過程的理解。”

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.ady9068

（原標(biāo)題為《人類首次看清黑洞“舞步”》）

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