近期，中國科學(xué)院上海天文臺(tái)袁峰課題組和南京大學(xué)李志遠(yuǎn)課題組合作，通過分析觀測數(shù)據(jù)，并利用磁流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)了黑洞熱吸積流中存在風(fēng)的直接觀測證據(jù)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-天文學(xué)》上。

　　宇宙中幾乎所有星系中心都存在一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，黑洞周圍的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(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的輻射和物質(zhì)外流，人類首張黑洞照片中拍到的輻射就是源于吸積盤。黑洞吸積是研究活動(dòng)星系核、伽馬射線暴等重要高能天體物理現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)。

　　根據(jù)其溫度不同，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(fēng)曾經(jīng)是該領(lǐng)域爭論的焦點(diǎn)問題。上海天文臺(tái)課題組前期完成的理論研究證明，熱吸積流中存在很強(qiáng)的風(fēng)。這一成果被同行專家稱為該領(lǐng)域的重要研究進(jìn)展，它不僅決定了天文學(xué)家們?nèi)绾卫斫夂诙吹挠^測結(jié)果，還被認(rèn)為是影響整個(gè)星系演化的關(guān)鍵因素，例如，目前國際上著名的宇宙學(xué)數(shù)值模擬IllustrisTNG的研究結(jié)果表明，黑洞熱吸積流的風(fēng)很可能是導(dǎo)致星系熄滅的原因。

　　然而，這種風(fēng)的觀測信號(hào)較弱等因素導(dǎo)致直接觀測證據(jù)欠缺。該研究中，合作團(tuán)隊(duì)通過分析一個(gè)典型存在熱吸積流的黑洞——M81^*的高分辨率Chandra光譜，發(fā)現(xiàn)了鐵元素的紅移以及藍(lán)移的拉曼阿拉法發(fā)射線。觀測數(shù)據(jù)表明，這些發(fā)射線是從速度約每秒3000公里的外流（風(fēng)）中發(fā)出來的，而且這些外流的溫度為12 keV。為理解這些觀測結(jié)果，合作團(tuán)隊(duì)對(duì)M81^*的熱吸積流的風(fēng)進(jìn)行了磁流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬，依據(jù)模擬結(jié)果，計(jì)算了吸積流的風(fēng)產(chǎn)生的發(fā)射線的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)與觀測結(jié)果吻合（如下圖所示）。這一結(jié)果證明M81*中的確存在很強(qiáng)的風(fēng)，首次發(fā)現(xiàn)了熱吸積流中風(fēng)存在的直接觀測證據(jù)，驗(yàn)證了熱吸積流理論預(yù)言的結(jié)果，有助于學(xué)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(xué)問題。

觀測到的鐵的藍(lán)移、紅移發(fā)射線，及其與基于模擬數(shù)據(jù)計(jì)算得到的理論譜線的對(duì)比。取自Shi et al. 2021, Nature Astronomy