近日，华中师范大学天体物理研究所崔玉竹博士与云南大学西南天文研究所林伟康博士作为共同一作兼通讯作者，在黑洞-吸积盘-喷流进动系统研究方面取得了又一突破性进展。继2023年由崔玉竹博士主导的国际合作组首次发现M87星系中心黑洞喷流的周期性摆动后，两位研究人员基于对喷流根部的长周期高精度观测的进一步细致分析，在此最新研究中首次得出M87吸积盘的结构是致密的，并首次发现喷流靠近黑洞部位存在与黑洞自旋动态关联的弯曲结构。这一成果于2025年06月20日，发表在《自然·天文学》（Nature Astronomy）杂志上，标志着对黑洞进动系统的研究从“现象观测”迈入“精细物理结构解析”的新阶段。
由“共舞”了解黑洞-吸积盘-喷流系统
M87距地球仅5500万光年，是离地球最近的活跃星系核（AGN）之一，其中心黑洞质量高达65亿倍太阳质量，引力效应显著，是研究强引力场、极端时空扭曲和黑洞性质最为理想的目标。2023年发表的研究（Cui et al. 2023, Nature 621, 711–715，参见【1】）通过分析跨越23年的22GHz和43GHz观测数据，首次发现M87喷流以11年为周期摆动，这种摆动与爱因斯坦广义相对论预言的Lense-Thirring（LT）效应非常契合——当黑洞自旋时，其周围时空被拖曳，导致倾斜的吸积盘像陀螺般进动，进而带动喷流同步偏转，为黑洞存在自旋提供了最直接的观测证据。然而，喷流如何与吸积盘动态耦合、吸积盘的尺度大小及靠近黑洞的喷流是什么结构等问题仍悬而未决。
（成果1）解码进动的吸积盘：一个紧凑的结构
此研究通过LT进动周期与吸积盘结构的联合推演，从观测数据中解码出M87中心吸积盘的小尺度特征，表明进动着的吸积盘必须十分紧凑，且比以往文献上数值模拟的假设尺度还要小。此前有关吸积盘的研究，在观测上对小尺度结构解析存在空白，这一进展对从理论上和数值模拟上学习吸积盘有重要启示作用。此工作通过对毫角秒尺度的喷流区域的长期观测获取吸积盘内部结构，推进了吸积盘研究从“静态几何重构”推进至“高精度动态解码”的新纪元，为黑洞系统研究树立了跨尺度关联的范例。
（成果2）弯曲的喷流：打破准直喷流的传统观念
此外，受喷流进动现象的启发，此研究提出喷流的结构可能存在弯曲。结合高角分辨率的观测数据结果（参见【2】），此研究确实发现弯曲的喷流模型可以合理解释靠近黑洞区域异常大的喷流宽度，表明在黑洞附近区域的喷流呈现出与吸积盘同步进动的动态弯曲结构。喷流根部弯曲的发现进一步推动我们对于相对论喷流的形成理论的认识——喷流它不仅是黑洞自旋能量释放的通道，更可能沿着周围环境的耦合而逐渐弯曲，越靠近黑洞受黑洞的影响越大，喷流的弯曲程度越明显。
此项工作可能揭示了一条隐藏的宇宙规律——M87中观测到的喷流-吸积盘协同进动机制，可能普遍存在于其他AGN中。本研究为构建黑洞-吸积盘-喷流动态关联的理论奠定基础，由崔玉竹博士主导的联合中国、日本、韩国的东亚甚长基线干涉阵（EAVN，参见【3】）长周期监测项目正在持续观测M87中，未来可结合事件视界望远镜阵（EHT，参见【4】）、下一代EHT（ngEHT，参见【5】）等更多更高精度其他长周期的观测，进一步研究吸积盘-喷流相互作用及其物理机制。随着观测技术的不断突破和数值模拟的日益深化，有望在更精细的尺度上揭开极端引力环境下物质与能量的终极奥秘。
论文信息
Co-precession of a curved jet and compact accretion disk in M87
作者：
崔玉竹（华中师范大学天体物理研究所，yuzhu.cui@ccnu.edu.cn）
林伟康（云南大学西南天文研究所，weikanglin@ynu.edu.cn）
期刊：《Nature Astronomy》
接收日期：2025年5月12日
发表日期：2025年6月20日
DOI: https://www.nature.com/articles/s41550-025-02580-0
关联信息
【1】Cui et al., Nature 621, 711–715 (2023), "Precessing jet nozzle connecting to a spinning black hole in M87" [DOI: 10.1038/s41586-023-06479-6]
【2】Lu et al., Nature 616, 686–690 (2023), "A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet" [DOI: 10.1038/s41586-023-05843-w]
【3】EAVN主页：https://radio.kasi.re.kr/eavn/main.php
【4】EHT主页：https://eventhorizontelescope.org/
【5】ngEHT主页：https://www.ngeht.org/
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通讯员：崔玉竹
审校：赵蕴杰 郑小平 马英
