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黑洞背后的光首次被探测到 证实爱因斯坦相对论正确
2022-11-24

新浪科技讯 北京时间8月2日消息,天文学家首次探测到黑洞背后的光,再次证实爱因斯坦的广义相对论是正确的。

研究人员在研究一个距离我们8亿光年外的兹威基1号螺旋星系中心的超大质量黑洞发出的X射线时,观察到一个意想不到的现象。除了预期的来自黑洞前侧的X射线之外,科学家们还观测到许多来源不明的“发光回波”。

更奇怪的是,这个来源不明的光爆发规模更小,到达时间也更晚,颜色也和来自黑洞前侧的耀斑颜色不同。

研究人员很快意识到,这些回波可能来自超大质量黑洞的背面。这恰好印证了爱因斯坦的广义相对论,即黑洞会扭曲时空,从而使得光能够在黑洞周围传播。

任何进入黑洞的光都逃不出来,所以我们本看不到黑洞背后的任何东西。但我们能看到那些光,是因为那个黑洞正在扭曲自身周围的空间、光线和磁场。

爱因斯坦的广义相对论描述了大质量物体扭曲宇宙结构——时空——的现象。爱因斯坦发现,引力并非来自一股看不见的力量,而单纯是我们对物质和能量引起的时空扭曲的一种体验。

反过来,这个弯曲的空间为能量和物质的运动设定了规则。虽然我们都知道光线沿直线传播,但是穿越高度扭曲的时空(如黑洞周围的空间)的光线却会沿曲线传播。所以,在这个例子中,我们看到了从黑洞背面绕到黑洞前面的光。

这也并非是天文学家们首次发现黑洞会扭曲光线,他们把这个现象称为“引力透镜”。但是,这的确是天文学家们首次探测到来自黑洞背后的光回波。

爱因斯坦在1915年提出广义相对论。天文学家们起初没有打算证实这个一百多年前的理论。事实上,他们只是希望使用欧洲航天局X射线天文卫星XMM-牛顿卫星和NASA的NuSTAR太空望远镜来观测黑洞的事件视界外围超热粒子云层发出的光。黑洞的事件视界是一个边界,一旦进入这个边界,一切东西都有去无回。

这层超热粒子云层——“黑洞光环”——围绕在黑洞的四周,任何物质落入其中都会加热这层光环。研究人员称,光环的温度可以达到数百万度,高温使电子从原子中剥离,进而将粒子云变成磁化的等离子体。黑洞的自旋导致光环等离子体的组合磁场在黑洞上方形成很高的弧线并最终断裂。断裂时,大量X射线从光环中释放出来。

这个磁场被束缚在一起,然后突然靠近黑洞,加热周围的一切,并产生这些高能电子,然后这些电子继续产生X射线。

既然研究人员已经观察到这一现象,他们下一步将更详细地研究光线如何在黑洞周围弯曲,并研究黑洞光环产生如此明亮的X射线耀斑的方式。