近日，我院理论物理与人工智能团队在磁化黑洞强场光学成像研究领域取得新进展。研究成果以"Optical appearance of the Kerr–Bertotti–Robinson black hole with a magnetically driven synchrotron emissivity model"为题，在线发表于国际知名期刊《The European Physical Journal C》（Nature Index期刊）。太原理工大学物理与光电工程学院为唯一署名单位，我院2023级应用物理学专业本科生张增益为第一作者，团队教师李向前为通讯作者，闫浩鹏、岳晓军为共同作者。

事件视界望远镜（EHT）对 M87* 与 Sgr A* 的成像首次直接证实了黑洞阴影与明亮发射环的存在，为检验强场引力与吸积物理提供了全新观测窗口。黑洞图像同时由时空的引力透镜结构与吸积等离子体的发射性质共同决定。在这一背景下，研究团队选取新近提出的Kerr–Bertotti–Robinson（Kerr-BR）磁化黑洞作为研究对象，并构建了一个几何与光学薄吸积盘模型。与常用的简单幂律发射率不同，本研究采用了一种与局部磁场耦合的磁驱动同步辐射发射率模型，以贴近 EHT 观测的毫米波辐射机制。研究表明，吸积盘的最内稳定圆轨道（ISCO）位置同时受到黑洞自旋参数a和磁参数B的调制：自旋与磁场的共同作用不仅改变了盘的内边界，还可能在快速旋转的顺行构型中引入一个额外的模型相关内截断——当磁主导近似不再适用时，有效发射内边界由r_in=max(r_ISCO, r_md)决定。这一结果说明，黑洞图像的亮暗结构对吸积流内边界处的磁场条件高度敏感。

图1 不同磁参数与观测倾角下Kerr-BR黑洞的光学成像

借助逆向光线追踪框架，团队系统考察了自旋a、磁参数B和观测者倾角θ_O对光线分类图、红移因子分布图以及比强度图像的影响。研究发现，高倾角下吸积盘多普勒运动导致图像出现显著的左右亮度不对称；而随着磁参数增强，时空的透镜性质与发射率轮廓同步改变，中心暗区尺度以及各级光环的宽度与亮度均发生可见变化。逆行盘由于ISCO外移，展现出更宽的发射耗尽中心区域，使得n=1透镜环贡献与n≥2高阶光子环子像更容易从直接发射中分离出来。团队通过高分辨率的水平与垂直强度切片，将n = 0直接像、n = 1 透镜环与 n ≥ 2 高阶光子环在强度分布中区分开来：在对数强度下，高阶环表现为叠加在直接发射包络上的窄峰，其位置与幅度随a、B、θ_O 变化。水平轮廓对盘的近侧与远侧之间的多普勒不对称性尤为敏感，而垂直轮廓则更清晰地反映投影效应与引力透镜效应。

上述结果表明，吸积盘内边界与磁场相关发射率能够显著影响Kerr-BR黑洞的可观测外观，为未来利用事件视界望远镜及下一代EHT（ngEHT）高分辨率观测约束黑洞周围磁场环境、区分不同引力理论预言提供了新的理论参考。

本研究得到了国家自然科学基金（Grant No. 12305070）和山西省基础研究计划（Grant Nos. 202303021222018、202303021221033）的资助。

论文链接：https://link.springer.com/article/10.1140/epjc/s10052-026-16174-1