爱因斯坦又对了：天文学家首次观测到黑洞边缘暴跌区

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2024-05-22 16:00:16

据美国有线电视新闻网（CNN）报道，英国《皇家天文学会月刊》5月16日发布的一项研究显示，天文学家首次观测到黑洞边缘的“暴跌区”（plunging region）。爱因斯坦广义相对论曾预言这个区域，在这里，物质不再围绕黑洞旋转，而是直接落入其中。

报道称，借助美国国家航空航天局（NASA）的核光谱望远镜阵列（NuSTAR）和中子星内部组成探测器（NICER），天文学家对距离地球约10000光年的黑洞X射线双星MAXI J1820+070进行了观测。该系统由一个约7到8倍太阳质量的黑洞和一个比太阳小的恒星组成。

英国《新科学家》周刊称，无论任何物质，过于靠近黑洞时都会被撕裂，并在黑洞周围形成被称为吸积盘的轨道环。广义相对论预测，吸积盘应该存在一个内部边界，一旦越过这个边界，物质将不再围绕黑洞旋转，而是直接坠入其中，并在下落的过程中迅速加速至接近光速。

黑洞从伴星吸取物质的概念图像图源：NASA

利用NASA望远镜提供的数据，英国牛津大学研究员安德鲁·马默里（Andrew Mummery）和他的同事建立了黑洞吸积盘的光模型。他们发现，除了吸积盘发出的光之外，只有同时还包含“暴跌区”物质发出的光时，这个模型才符合观测数据。

马默里表示，爱因斯坦的理论预言了“暴跌区”，但这是科学家们首次观测它的存在，这项发现可以帮助天文学家更好地研究黑洞的形成和演化，“我们一直忽视了这个区域，因为我们没有数据。但现在我们知道了，我们无法以其他任何方法解释它的存在。”

他将“暴跌区”比作黑洞边缘的“宇宙瀑布”：“这就像是一条河流变成了瀑布，在这之前，我们只看到了河流。如果爱因斯坦是错的，那么河流就会一直稳定下去。但现在，我们第一次看到了瀑布，这表明爱因斯坦是正确的。”

《新科学家》周刊指出，这项研究还可以解决X射线天文学中长期存在的一个问题，即黑洞自旋速度似乎要快于理论预测。黑洞的自旋与其周围区域的亮度是相关的，增加一些“额外的光”可以使自旋速度与预测一致。

没有参与研究的美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室天文学家格雷格·萨尔维森（Greg Salvesen）评论称：“以前我们认为，任何越过边界的物质在坠入黑洞之前，都没有时间发出明显的辐射，所以研究人员什么都看不到。但事实证明，这个暴跌区会给我们带来意想不到的额外的光。”

美国马里兰大学帕克分校天文学教授克里斯托弗·雷诺兹（Christopher Reynolds）表示，找到“暴跌区”的实际证据是关键的一步，这将允许科学家改进对黑洞周围物质活动的模型，“例如，这可以用于测量黑洞的旋转速度。”

《新科学家》周刊评论称，“暴跌区”是人们可以观测到的宇宙空间中“最极端的区域之一”，因为“暴跌区”刚好位于黑洞的事件视界之外，这其中包含了对引力和时空本质问题的研究。

马默里表示，从理论上讲，如果物质搭乘一枚火箭，它有可能逃离“暴跌区”，“但它注定是要毁灭的，因为它的轨道已变得极不稳定，且迅速加速至接近光速。这些物质逃离的几率就和瀑布边缘的水倒流一样。”

英国牛津大学称，为更好地研究距离地球较近的小型黑洞，欧洲和非洲的科研机构正推动在纳米比亚建造非洲毫米波射电望远镜。马默里预计，这座新的天文台将在十年内投入使用，并将加入事件视界望远镜合作组织。

(责任编辑：乔娇 TT0002)

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