中科院上海天文台的黑洞吸积研究获国际同行高度认可

2016年10月20日15:50:42科学探索111阅读模式

(未解之谜报道)据中国科学院上海天文台:2014年8月,中科院上海天文台的袁峰研究员应邀以第一作者的身份在《天文和天体物理年度综述》(《Annual Review of Astronomy and Astrophysics》,简写ARA&A)杂志发表了题为《黑洞热吸积流》论文。这表明中国的黑洞吸积研究已经获得了国际同行的高度认可,在国际上处于领先地位。

《天文和天体物理年度综述》是天文学和天体物理领域国际公认最权威的综述性杂志。它每年出版1期,每期20篇左右的文章。该杂志的编委会由国际上天文和天体物理学各主要领域的顶级科学家构成,其职责就是在同行推荐的基础上,负责遴选并邀请各个领域做出了重要贡献、处于领先水平的专家撰写综述文章。截止到2013年为止,中国国内的天文学家仅为该杂志贡献过一篇论文,袁峰研究员的这一文章是在该杂志上发表的第二篇。


中科院上海天文台的黑洞吸积研究获国际同行高度认可

中科院上海天文台的黑洞吸积研究获国际同行高度认可

什么是黑洞吸积?众所周知,黑洞是宇宙中神秘的、也是广泛存在的一种天体。黑洞的吸积是宇宙中的一个基本物理过程,描述的是黑洞对周围气体的吞噬。这些气体在黑洞引力的作用下朝向黑洞下落,引力能会转化为气体的内能,并进而释放出强烈的辐射。黑洞吸积被公认为是包括活动星系核、伽马射线暴(宇宙中除了大爆炸之外最剧烈的爆发现象)、以及黑洞X射线双星等现象的核心理论。此外,恒星和行星形成的基础理论也是吸积。由于黑洞以及吸积过程的重要性和普遍性,被誉为“东方诺贝尔奖”的邵逸夫奖分别于2008年和2013年授予了黑洞以及吸积理论研究方面的三位天文学家。尽管天体物理学家们取得了很大的成就,但黑洞吸积领域仍然有很多重要的问题没有解决,因此一直是天体物理中一个非常活跃的领域。

根据吸积气体的温度,吸积模型分为两类,一是冷吸积盘,二是热吸积流。冷吸积盘的辐射效率很高,一般认为存在于明亮的活动星系核中。该理论上世纪80年代就已发展成熟,并由剑桥大学的两位教授分别在1981和1984年为《ARA&A》撰写了综述。与冷吸积盘模型不同,热吸积流的温度要高5个量级。在热吸积流中,释放出的引力能大部分没有辐射出去,而是储存在吸积气体内部,以内能的形式被最终带入黑洞,因此这种吸积流的辐射效率比较低。这就是为什么宇宙中大部分星系核心的辐射比较弱。虽然这一模型早在70年代就被人发现了,但是一直到了90年代,才由于哈佛大学的Narayan教授(即本文介绍的这篇文章的第二作者)等天体物理学家的系列工作重新引起人们的关注,天文学家们也从此开始了关于热吸积盘模型的系统性研究。Narayan教授因为对该领域的重要贡献而当选为英国皇家学会会士以及美国科学院院士。

袁峰研究员较早就投入了该领域,十几年来完成了一系列开创性的工作,为该领域的发展做出了杰出贡献。比如,发现了一个新的黑洞热吸积流解,是目前已知的两个热吸积流模型之一;提出了关于银河系中心黑洞的辐射低效吸积流模型;提出了解释间歇性喷流形成的磁流体动力学模型;证明热吸积流必定存在很强的外流,从而解决了一个争论了十几年的关于对流和外流的吸积盘基本问题;以及应用热吸积流模型成功解释了许多活动星系核、黑洞X射线双星等天体的观测。因此,袁峰研究员被同行以及《ARA&A》期刊编委会推选为第一作者,与Narayan教授一起,总结评述该领域二十年来的研究成果。在这篇综述文章中,他们系统总结了从上世纪90年代至今20年来热吸积流研究取得的核心研究成果,包括吸积流的动力学、辐射过程、微观物理过程、喷流形成问题、吸积理论在银河系中心黑洞、活动星系核、黑洞双星以及活动星系核反馈等几个方面的应用,并对这一研究领域的未来方向发展进行了展望。

附原文链接:

http://arjournals.annualreviews.org/eprint/dk6c59BPzHYQEusdzJR2/full/10.1146/annurev-astro-082812-141003

袁峰:上海天文台研究员,星系宇宙学研究中心主任,中科院“引进海外杰出人才”(百人计划)入选者,国家杰出青年基金获得者。

Narayan:哈佛大学天文系教授,英国皇家学会会员、美国科学院院士。

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