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黑洞 “时空拖拽” 实锤!国家天文台领衔发现协同进动最强证据

2025-12-11

        黑洞周围的吸积盘与相对论性喷流,是宇宙中最剧烈的物理现象之一。长期以来,理论预言两者存在 “协同运动”,却始终缺乏直接观测证据。2025 年 12 月,中国科学院国家天文台牵头 30 余家国内外机构,在距离地球 1.2 亿光年的潮汐瓦解事件 AT2020afhd 中,终于捕捉到这一现象的最强证据,相关成果发表于《科学・进展》期刊。

        此次研究的关键目标,是星系 LEDA 145386 中心的超大质量黑洞引发的潮汐瓦解事件(TDE)AT2020afhd。当一颗恒星误入黑洞的潮汐半径,被引力撕裂成气体流 —— 部分物质回落形成高温吸积盘(温度达数百万摄氏度),部分则被加速形成喷流(速度接近光速)。这种爆发性事件,为观测黑洞周边的极端物理过程提供了绝佳窗口。

        2024 年 1 月,该事件被光学巡天发现后,研究团队立即启动国际协同观测:用 Swift、XMM-Newton 等空间望远镜捕捉吸积盘的 X 射线辐射,以 VLA、VLBA 等四大射电阵列追踪喷流的射电信号,同时结合我国兴隆 2.16 米、丽江 2.4 米光学望远镜监测整体亮度变化,形成持续一年多的 “多波段数据网络”。

        数据分析揭示了一个震撼细节:在光学发现该事件 215 天后,X 射线信号出现周期约 19.6 天、振幅超 10 倍的准周期性振荡,而射电波段几乎同时呈现振幅超 4 倍的同步变化。

         “这就像吸积盘和喷流被刚性连接,围绕黑洞自转轴跳‘同步舞’。” 论文第一作者王亚楠研究员解释,这种跨波段的强相关性绝非偶然 ——X 射线来自吸积盘最内层的炽热气体,射电信号则源于喷流的高速粒子运动,两者的同步周期变化,直接证明它们在共同进动。此前观测因多集中于 TDE 爆发初期,从未捕捉到如此清晰、持久的同步信号。

         这一协同运动的背后,是广义相对论预言的 “兰斯 – 蒂林效应”—— 旋转的黑洞会像 “搅拌机” 一样拖动周围时空,使倾斜的吸积盘被迫围绕黑洞自转轴进动,而与吸积盘垂直的喷流则随之同步摆动,如同陀螺旋转时的倾斜运动。

        团队构建的模型精准重现了观测到的光变曲线,并反推出关键参数:该黑洞自旋速率较高,喷流与吸积盘的夹角约 15 度,进动周期由黑洞质量与自旋共同决定。这是人类首次在黑洞系统中,用观测数据直接验证这一相对论效应在吸积 – 喷流耦合中的核心作用。

科学突破:改写黑洞物理的 “观测范式”

此次发现的意义远超单一现象的证实:

随着我国司天工程、爱因斯坦探针等设备投入使用,未来将捕捉更多类似事件。正如团队领衔者刘继峰研究员所言:“这次发现打开了观测黑洞极端物理的新窗口,让我们离理解宇宙中最神秘的引力引擎又近了一步。”

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