黑洞是宇宙中非常奇特的天体，具有超强的引力，以至于在黑洞半径内连光都无法逃脱它的引力束缚。然而，100多年前天文学家通过观测发现，就在黑洞半径之外距离很近的地方，黑洞却能以接近光速的速度向外喷射出包含物质和能量的强大外流——喷流。
神秘的喷流是如何形成的？近期，由复旦大学物理系天文与天体物理中心袁峰教授带领的国际团队，以人类第一张黑洞照片的「主角」——M87星系中心超大质量黑洞的喷流为研究对象，通过计算两种主流黑洞喷流模型预言的辐射并与观测进行对比，发现「提取黑洞转动能」模型所预言的喷流与实际观测结果非常一致，而另一个模型则难以解释观测结果。相关研究于北京时间2024年3月23日发表在【科学进展】上。
已有的观测显示，喷流就像一束激光笔直地向外喷射，有些喷流的长度甚至可以远远超过星系的尺度。
神秘的喷流是如何形成的？这个问题已有100余年的研究历史，包括诺贝尔物理学奖获得者彭罗斯在内的很多学者都对此进行过研究。目前在该研究领域，主要有两个模型，一是从大尺度磁场提取黑洞的转动能，即「提取黑洞转动能」模型；第二个模型也需要大尺度磁场，但与第一个模型不同，磁场提取的是吸积盘的转动能，即「提取吸积盘转动能」模型。
不管是哪个模型，天文学家试图解决的都只是喷流的能量来源问题。但是，这两种模型产生的喷流能否与对喷流的形态、宽度、速度场、偏振等的观测结果一致？另外一个重要问题是，上述两个喷流形成机制的模型，哪一个是正确的？
M87星系中心超大质量黑洞是「事件视界望远镜」拍摄的人类第一张黑洞照片的「明星黑洞」。研究团队以此黑洞的喷流为例，利用大规模数值模拟求解广义相对论磁流体力学方程组，得到了黑洞吸积流以及上述两种模型产生的喷流，再计算喷流的辐射，并进而与实际观测进行对比。研究结果显示，「提取黑洞转动能」模型预言的喷流形态与实际观测到的喷流形态非常符合。更多详细的分析表明，该模型预言的其他结果，如喷流的「边缘变亮」、喷流宽度、长度、速度场等，也都与观测相符。而「提取吸积盘转动能」模型的预言则与观测不一致。
栏目主编：徐瑞哲 题图来源：视觉中国 图片编辑：曹立媛
来源：作者：黄海华
