武汉大学天文学系王伟教授团队利用世界上最大的天文望远镜中国“天眼”首次在黑洞中发现射电辐射偏振信号的准周期振荡，为探索黑洞附近磁场结构和等离子体动力学特征提供了新的观测视角。该成果以“Quasi-periodic oscillations of GHz-band polarization in a black hole”为题于北京时间2025年6月11日在《Nature Communications》在线发表。

黑洞是宇宙中最神秘的天体，具有巨大的引力，任何光都无法逃逸出黑洞，但可以吸积伴星或周围介质的物质产生高温的吸积盘及形成相对论性的喷流，在观测上表现为间歇性或长期变化的X射线和射电辐射，是研究强引力场和相对论物理的宇宙天然实验室。从分类上讲，目前天文学研究的黑洞主要有两类：恒星级质量黑洞，其质量范围为5-100个太阳质量，一般存在双星系统中；超大质量黑洞，质量范围为一百万-10亿个太阳质量，一般存在于星系中心。

黑洞辐射特征是研究黑洞物理和周围环境最主要的探针，具有丰富的变化特征。在过去二十年中，人类发现黑洞辐射上存在准周期振荡的变化特征，并且我们在X射线、光学、射电等电磁波段均观测到该现象。所有这些发现都只观测到辐射流量（强度）的振荡，可能起源于黑洞附近等离子体的运动或参数的变化。但至今我们依然不能完全理解黑洞辐射准周期光变的物理起源。

光是自然界很特殊的物理现象，具有波粒二象性，因此光除了总的辐射强度上变化外，在传播过程中，光的振幅强度在垂直于传播方向上存在不对称性，被称为光的偏振。偏振反映了光辐射性质的新维度和新特征参数，可以反映自然界物理规律新的信息。基于中国天眼500米口径射电望远镜FAST强大的观测能力，王伟教授带领学生开展对银河系中恒星级质量黑洞开展高精度和高时间分辨率的射电观测，首次在一颗黑洞天体GRS 1915+105中发现黑洞射电辐射偏振信号存在特殊的准周期振荡行为。在一次射电爆发过程中，黑洞射电辐射的线偏振参数存在17秒和33秒的振荡周期，振荡时间持续了近500秒。

详细的数据分析发现不仅线偏振变化存在准周期振荡，射电辐射总强度的光变曲线也存在相似周期的准周期振荡，同时在发生准周期振荡的活动时间内，射电总强度的变化模式与线偏振变化模式具有反相关的行为，总强度光变曲线的波峰对应着线偏振变化曲线的波谷。这种反相关只发生在准周期振荡时间内，在其他观测时间，辐射总强度与线偏振没有任何相关性。这种偏振变化行为则为我们探索准周期振荡物理起源提供了新的科学线索。

黑洞辐射准周期振荡的产生机制依然存在争议，新发现的偏振振荡行为，其物理起源更是完全不清楚。我们发现的射电偏振准周期振荡可能来自黑洞喷流特殊的运动特征，同时磁场具有一个螺旋上升的结构，或者喷流中磁力线纠缠导致的不稳定性等。如何解释辐射强度和偏振的准周期振荡，并探索黑洞物理一直是我们追求的科学目标。论文的共同一作陈佳诗博士正在开展黑洞吸积和喷流的磁流体数值模拟工作，希望可以进一步揭示黑洞辐射变化和振荡周期的物理本质；论文另一个共同一作田鹏夫博士则一直探测黑洞喷流中射电快速光变行为，为研究辐射机制和等离子动力学提供更多观测限制。论文的通讯作者和一作王伟教授则首次提出开展黑洞射电快速光变研究的想法，并首次用FAST开展相关研究，近年来已经取得系列重大发现，包括2023年在《自然》上发表重量级成果。

论文的第一完成单位是武汉大学天文学系，其合作者还包括来自中国科学院国家天文台、北京大学、云南大学、美国内华达大学的天文学家。该工作受到科技部重点研发计划和基金委重点项目的支持。

图1：黑洞射电爆发过程中，辐射总强度和线偏振的演化，并且出现了17秒和33秒的准周期振荡现象，该现象持续了近500秒。

图2：黑洞射电辐射总强度和偏振演化曲线的小波分析示意图，显示了辐射总强度（FD）和线偏振（LP）具有相似的准周期振荡行为。