中日韩合作对黑洞周围光电离过程进行实验模拟获重要进展
探索黑洞、中子星和射流等天体现象的奥秘是天文研究的重要课题。黑洞有着巨大的引力场，连光都无法逃逸，所以人们无法对它的内部运动状态进行直接观测。为了研究黑洞，天文学家将目光集中到了黑洞周围被称为“吸极盘”的旋转物质云团上。在吸极盘内环附近，物质流的重力能将物质加热到极高温度，产生的x射线辐射会电离外围物质从而发光。天文学家正是通过观测这些光电离谱线，再结合一定的理论模型，对黑洞进行间接研究的。所以谱线的辨认和理论模型的正确与否，对于认识黑洞极其关键。
中国科学院国家天文台、中国科学院物理研究所、上海交通大学的科学家与日本、韩国的科学家合作，利用上海的高功率激光物理国家实验室的“神光Ⅱ”和日本大阪大学的“Gekko XII”等高功率激光装置，对黑洞周围的光电离过程以及发出的X光辐射进行了细致的实验室研究。发现Si的1.84keV谱线可能不是天文学家认为的禁戒跃迁线，而是另一种伴线跃迁的结果，该跃迁产生的谱线恰好和天文观测到的“禁戒”跃迁谱线重合。这个谱线与天文观测到的双星系统的X射线谱对应部分极其相似，如Cygnus X-3和Vela X-1。但本实验利用细致Non-LTE模型对谱线成分特征的分析，却给出了与天体物理学家不同的解释。实验结果引起了科学家们的重视，认为此次实验结果可能会修正人们对致密天体周围物质结构的部分认识。除了对黑洞周围的光电离过程进行模拟之外，团队还将对天体中的射流和无碰撞冲击波过程进行实验室模拟，后者对于理解高能宇宙射线的产生机理等有着不可忽视的作用。
部分先期工作发表在近期出版的《自然—物理学》（Nature Physics）上，其网络版已于2009年10月19日发表（DOI:10.1038/nphys1402）。该项目得到国家基础研究计划（973项目）的资助。
上海交通大学
