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游貝（中）與團隊成員合影。受訪者供圖
■本報記者 李思輝 實習生 謝午陽
浩瀚的宇宙空間里有不計其數的天體，黑洞是其中非常特殊的存在。
正值開學季，武漢大學一個師生團隊收獲了一份與黑洞有關的“開學禮包”。
9月1日，武漢大學物理科學與技術學院天文學系副教授游貝領銜的國際團隊，在《科學》上發表了關于黑洞的最新研究成果。
“我們發現了黑洞周圍磁囚禁吸積盤形成過程的直接觀測證據，揭示了黑洞周圍‘看不見’的神秘磁場，破解了磁囚禁盤的形成之謎。”游貝告訴《中國科學報》。
“不可思議”的天體
黑洞捕獲物質的物理過程被稱為吸積，被捕獲的物質則被稱為吸積流。
資料顯示，作為一種極為致密和強大的天體，黑洞的引力大到光線都無法逃脫。而黑洞不僅在“吃”（吸積），同時也在“吐”（外流）。
“通過對物質的吸積，黑洞間接彰顯了自身的存在。”游貝說。天文學家已在多個致密雙星系統中探測到恒星級黑洞的存在，這類黑洞吸積時產生明亮的Ｘ射線輻射和射電輻射。
相比于“明亮”的輻射，黑洞周圍還存在著“看不見”的磁場。黑洞吸積物質的同時，會順帶著把磁場“拽”進來。力是相對的，隨著吸積物質將外部弱磁場持續帶入，磁場及其對物質的向外磁力會逐漸增強。
“當磁場的向外磁力與黑洞的向內引力相當時，吸積流就會被磁場囚禁，無法自由地‘掉’入黑洞，形成磁囚禁盤。”游貝介紹，磁囚禁盤理論模型可廣泛應用于各類天體，并且成功解釋了黑洞產生的相對論性噴流。
然而，此前一直沒有磁囚禁盤存在的直接觀測證據，磁囚禁盤是如何形成的更是一個未解之謎。
黑洞這個“不可思議的天體”，吸引著各國科學家前赴后繼。
黑洞也有“吃撐”的時候
時針撥回至2021年。那年開春，游貝團隊一項關于黑洞吸積的研究成果發表于《自然-通訊》，他們利用“慧眼”衛星發現逃離黑洞的高速等離子體。
在之后的一次會議上，同行一句不經意的話引起了游貝的注意。“當時，我就有了一個新想法。”游貝回憶說，“那天晚上，我讓學生用現有的數據試著畫一畫圖。”
“畫一畫”用到的數據，來源于2018年我國第一顆空間Ｘ射線天文衛星“慧眼”和其他國際觀測設備，對一次黑洞吸積事件進行的詳盡觀測。
那時的游貝并不知道，又一項重要的突破正在萌芽。
“利用這批觀測數據，我們首次觀測到噴流射電輻射的長時標延遲現象。這是前所未見的。”游貝說。
外部弱磁場被吸積流帶入而增強，而且吸積流的空間尺度越大，磁場增強越明顯，這使得黑洞附近磁場快速增強，并最終達到磁囚禁盤狀態。
“這說明，黑洞并不像饕餮一樣來者不拒，也會有‘吃撐’的時候。”游貝說，“磁場會阻礙物質‘掉’進黑洞。”
這項研究第一次揭示了吸積流中的磁場輸運過程，以及黑洞附近熱吸積流中形成磁囚禁盤的完整過程，提供了迄今為止磁囚禁盤存在的最直接觀測證據。
本科生參與研究
回顧這一最新發現，游貝直言：“整個過程還挺順利！”
但是，這對團隊中的吳岳和夏天宇來說，卻是不小的挑戰。
吳岳和夏天宇是論文署名列表中兩名有些特別的作者。因為在這項研究開始時，他們還是武漢大學的本科生。
“和游老師的相識，有些巧合。”吳岳說。2018年夏天，他參加暑期社會實踐時，旁聽了一場核天體物理學術會議。會上，對天文學很感興趣的吳岳與游貝相識。就這樣，兩人一拍即合，吳岳成為游貝指導的第一名學生，開始學習與吸積相關的知識。
一年后，與吳岳同年級的夏天宇也加入了團隊，進行科研實踐訓練。“我主要進行‘慧眼’衛星數據能譜擬合相關的工作。”夏天宇說。
剛加入團隊時，夏天宇直言自己“懂得不多”。面對此前沒怎么接觸過的工作，他一時有些找不準方向。
2021年，在會議上有了新想法的游貝讓夏天宇利用現有數據畫圖。當草圖擺在游貝面前時，他的第一反應卻是“畫錯了”。經過反復檢查，他們才證實草圖是正確的。
在這樣逐步摸索的過程中，夏天宇感受到了“游老師的厲害”。“在游老師的指導下，我發現數據處理也需要很強的思維敏銳度。同樣的數據，分析角度不同，所能闡釋的現象便不同。”
對此，吳岳也有相同感受：“他的思路非常活躍，遇到一個問題，一邊討論一邊就能想到巧妙的解決方案，甚至提出新的課題方向。”2021年夏天，本科畢業后，吳岳依然積極參與游貝團隊的討論交流。
這項研究順利發表于《科學》，對于還在武漢大學繼續仰望星空的游貝，以及已經分別前往中國科學技術大學和南京大學攻讀研究生的夏天宇和吳岳而言，無疑都是一份難得的“開學禮物”。
“坦率地說，我們不知道的遠比知道的多得多。這項研究只是向前走了一小步，未來還有很多科學問題等著我們去探索。”接下來的科學探索讓游貝滿懷憧憬。
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