愛因斯坦又對了：天文學家首次觀測到黑洞邊緣“暴跌區”

（文/觀察者網 陳思佳）據美國有線電視新聞網（CNN）報道，英國《皇家天文學會月刊》5月16日發佈的一項研究顯示，天文學家首次觀測到黑洞邊緣的“暴跌區”（plunging region）。愛因斯坦廣義相對論曾預言這個區域，在這裏，物質不再圍繞黑洞旋轉，而是直接落入其中。

報道稱，藉助美國國家航空航天局（NASA）的核光譜望遠鏡陣列（NuSTAR）和中子星內部組成探測器（NICER），天文學家對距離地球約10000光年的黑洞X射線雙星MAXI J1820+070進行了觀測。該系統由一個約7到8倍太陽質量的黑洞和一個比太陽小的恆星組成。

英國《新科學家》週刊稱，無論任何物質，過於靠近黑洞時都會被撕裂，並在黑洞周圍形成被稱為吸積盤的軌道環。廣義相對論預測，吸積盤應該存在一個內部邊界，一旦越過這個邊界，物質將不再圍繞黑洞旋轉，而是直接墜入其中，並在下落的過程中迅速加速至接近光速。

黑洞從伴星吸取物質的概念圖像 圖源：NASA

利用NASA望遠鏡提供的數據，英國牛津大學研究員安德魯·馬默裏（Andrew Mummery）和他的同事建立了黑洞吸積盤的光模型。他們發現，除了吸積盤發出的光之外，只有同時還包含“暴跌區”物質發出的光時，這個模型才符合觀測數據。

馬默裏表示，愛因斯坦的理論預言了“暴跌區”，但這是科學家們首次觀測它的存在，這項發現可以幫助天文學家更好地研究黑洞的形成和演化，“我們一直忽視了這個區域，因為我們沒有數據。但現在我們知道了，我們無法以其他任何方法解釋它的存在。”

他將“暴跌區”比作黑洞邊緣的“宇宙瀑布”：“這就像是一條河流變成了瀑布，在這之前，我們只看到了河流。如果愛因斯坦是錯的，那麼河流就會一直穩定下去。但現在，我們第一次看到了瀑布，這表明愛因斯坦是正確的。”

《新科學家》週刊指出，這項研究還可以解決X射線天文學中長期存在的一個問題，即黑洞自旋速度似乎要快於理論預測。黑洞的自旋與其周圍區域的亮度是相關的，增加一些“額外的光”可以使自旋速度與預測一致。

沒有參與研究的美國洛斯·阿拉莫斯國家實驗室天文學家格雷格·薩爾維森（Greg Salvesen）評論稱：“以前我們認為，任何越過邊界的物質在墜入黑洞之前，都沒有時間發出明顯的輻射，所以研究人員什麼都看不到。但事實證明，這個暴跌區會給我們帶來意想不到的額外的光。”

美國馬里蘭大學帕克分校天文學教授克里斯托弗·雷諾茲（Christopher Reynolds）表示，找到“暴跌區”的實際證據是關鍵的一部，這將允許科學家改進對黑洞周圍物質活動的模型，“例如，這可以用於測量黑洞的旋轉速度。”

《新科學家》週刊評論稱，“暴跌區”是人們可以觀測到的宇宙空間中“最極端的區域之一”，因為“暴跌區”剛好位於黑洞的事件視界之外，這其中包含了對引力和時空本質問題的研究。

馬默裏表示，從理論上講，如果物質搭乘一枚火箭，它有可能逃離“暴跌區”，“但它註定是要毀滅的，因為它的軌道已變得極不穩定，且迅速加速至接近光速。這些物質逃離的幾率就和瀑布邊緣的水倒流一樣。”

英國牛津大學稱，為更好地研究距離地球較近的小型黑洞，歐洲和非洲的科研機構正推動在納米比亞建造非洲毫米波射電望遠鏡。馬默裏預計，這座新的天文台將在十年內投入使用，並將加入事件視界望遠鏡合作組織。

本文系觀察者網獨家稿件，未經授權，不得轉載。