近日，我院青年教师郭森博士以第一作者，重庆师范大学作为第一单位，在天文学期刊《Astrophysical Journal》(中科院二区Top，JCR Q1)上发表题为“ Image of the Kerr–Newman Black Hole Surrounded by a Thin Accretion Disk”的最新研究成果。
郭森博士及其研究团队主要探讨了克尔-纽曼（Kerr-Newman）黑洞周围薄吸积盘的成像特征，尤其分析了黑洞电荷、旋转及观测者视角对成像的影响。通过射线追踪技术和椭圆积分等数学工具，研究团队模拟了光子在KN黑洞周围的运动轨迹，生成了在不同条件下的黑洞图像。
研究结果表明，当观测角度较小时，吸积盘上粒子的次级影像被嵌入在主影像之内；而随着倾角增大，主影像和次级影像逐渐分离，并形成一种类似“帽子”的结构。此外，黑洞的自旋、电荷和观测者的倾角显著影响了图像的非对称性及内部阴影的变形(见图1)。在对Kerr-Newman黑洞的光学特性进行深入分析时，研究者利用“鱼眼”相机模型，通过不同的观测频率（230 GHz和86 GHz）下的成像效果，对顺轨和逆轨吸积盘情境进行了比对。结果显示在86 GHz频率下，Kerr-Newman黑洞的总强度和峰值强度均高于230 GHz(见图2)。
研究还分析了吸积盘的红移分布，发现当吸积盘的内边界延伸至事件视界时，红移分布受观测角的影响更为显著。通过数值模拟，团队揭示了Kerr-Newman黑洞在高倾角下的光学强度和成像效果。尽管黑洞的电荷对图像形态的影响相对较弱，但自旋和观测角的变化会对阴影和临界曲线产生重要影响。最终研究指出，无论电荷和自旋如何变化，黑洞内影和临界曲线依然可见，这表明这些特征是黑洞的内在时空属性。
该研究的成像分析不仅为理解克尔-纽曼黑洞的观测特性和理论预测提供了新的视角和验证依据，也为未来的黑洞观测和研究提供了重要的参考和启示。郭森博士及其团队的这一研究成果在天体物理学领域具有重要的学术价值和实际意义。
图1：不同黑洞参数和观测角度下的粒子轨道图。
图2：顺行和逆行吸积盘下Kerr-Newman黑洞的图像。
论文连接：Image of the Kerr–Newman Black Hole Surrounded by a Thin Accretion Disk - IOPscience
