IT之家 5 月 28 日消息，牛津大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊證實了愛因斯坦廣義相對論中一個關(guān)于黑洞的關(guān)鍵預(yù)測，首次證明黑洞周圍存在著一個“墜落區(qū)（plunging region）”，即物質(zhì)不再像漩渦一樣圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)而是直接墜入黑洞的區(qū)域。
此外，他們還發(fā)現(xiàn)該區(qū)域展現(xiàn)出了銀河系目前已知最強(qiáng)引力，相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《皇家天文學(xué)會月報》（IT之家附 DOI:10.1093/mnras/stae1160）。
英國牛津大學(xué)物理系科學(xué)家開展了一項題為“黑洞盤的下沉區(qū)域內(nèi)連續(xù)輻射”的研究，利用一系列 X 射線數(shù)據(jù)研究了離地球相對較近的小黑洞，包括美國宇航局的核光譜望遠(yuǎn)鏡陣列 (NuSTAR) 和國際空間站安裝的中子星內(nèi)部組成探測器 (NICER)。
值得一提的是，作為一項耗資數(shù)百萬歐元的歐洲計劃的一部分，今年晚些時候還將會有另一個牛津大學(xué)團(tuán)隊計劃制作一部關(guān)于黑洞的電影，其中涉及到的黑洞要比上述黑洞更大、更遠(yuǎn)。
愛因斯坦的廣義相對論提出，有質(zhì)量的物體會導(dǎo)致空間和時間的結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲。簡單來說，“時空”是由空間和時間統(tǒng)一形成的四維實體，而引力則是由這種扭曲所產(chǎn)生的“果”。
雖然廣義相對論屬于四維時空下的理論，但我們可以通過一個粗略的二維類比來幫助大家進(jìn)行理解。想象一下，在一塊拉伸的橡膠布上放置一個球，而這塊布會因為球體質(zhì)量的增加而產(chǎn)生一個凹陷區(qū)域，這類似于月球、行星和恒星“凹陷”四維時空。物體質(zhì)量越大，它們引起的時空曲率就越大，引力影響也就越強(qiáng)，而黑洞就是目前宇宙中已知密度最大的天體。
回到廣義相對論，愛因斯坦認(rèn)為這種時空彎曲會導(dǎo)致一些有趣的物理現(xiàn)象，例如由于角動量的存在，物質(zhì)是不會直接落入黑洞的，而是圍繞黑洞進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所以黑洞周圍會存在一個扁平的旋轉(zhuǎn)云，我們一般稱之為吸積盤。從吸積盤區(qū)域開始，物質(zhì)會不可避免地被逐漸吸入黑洞。
根據(jù)愛因斯坦的預(yù)測，黑洞邊界之外必定存在一點，粒子在此處無法再維持穩(wěn)定的圓形軌道。相反，進(jìn)入該區(qū)域的物質(zhì)將以接近光速的速度向黑洞墜落。
該項研究的主要負(fù)責(zé)人、物理系博士安德魯?穆默里（Andrew Mummery）說道：“這是我們第一次觀察到等離子體如何從恒星外緣剝離，最終墜入黑洞中心，這一過程發(fā)生在距離我們大約 10,000 光年外。而最令人興奮的是，銀河系中有很多黑洞，我們現(xiàn)在擁有了一種新技術(shù)，可以利用它們來研究已知最強(qiáng)的引力場?！?/p>
穆默里博士補(bǔ)充道：“愛因斯坦預(yù)言了這種‘最后的崩塌’，但我們是首個證實這一理論的人。想象一下一條河流變成瀑布 —— 迄今為止，我們一直在觀察這條河流，而這是我們第一次看到瀑布。我們相信這是黑洞研究史上一項令人興奮的進(jìn)展，可以讓我們探索黑洞周圍的最終區(qū)域。而只有理解了這種‘最后的崩塌’，我們才能充分掌握其中的引力?！?/p>
實際上，天體物理學(xué)家長期以來一直在研究圍繞黑洞運行的“吸積盤”，以了解此類天體近表面的情況，而關(guān)于這個“墜落區(qū)”是否可以被探測到則一直存在爭議。牛津大學(xué)團(tuán)隊花了數(shù)年時間開發(fā)模型，最終使用 X 射線望遠(yuǎn)鏡和國際空間站的數(shù)據(jù)進(jìn)行了證實。
研究團(tuán)隊研究的這個黑洞（MAXI J1820+070）距離地球約 10000 光年，質(zhì)量約為 8 個太陽，目前正從源源不斷地從其伴星吸取物質(zhì)，同時以接近 80% 光速的速度射出兩個噴流，這一過程中同時還會發(fā)出強(qiáng)烈的 X 射線。
研究小組發(fā)現(xiàn)，處于“軟狀態(tài)”爆發(fā)期的 MAXI J1820+070 的 X 射線光譜代表了圍繞旋轉(zhuǎn)黑洞（克爾黑洞）的吸積盤發(fā)出的輻射，這意味著我們觀察到了一個完整的吸積盤，其中也包括“墜落區(qū)”。
研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)是首次在黑洞吸積盤內(nèi)緣附近明顯探測到來自“墜落區(qū)”的輻射，他們將這種信號稱為“ISCO 內(nèi)輻射”。這些“ISCO 內(nèi)輻射” 驗證了廣義相對論在描述黑洞周圍區(qū)域的準(zhǔn)確性。
這項研究雖然只是聚焦于靠近地球的小黑洞，但牛津大學(xué)物理系的另一個研究團(tuán)隊正參與到非洲毫米波射電望遠(yuǎn)鏡的計劃中。該望遠(yuǎn)鏡將極大地提升我們直接獲取黑洞圖像的能力。目前該項目已經(jīng)獲得超過 1000 萬歐元（IT之家備注：當(dāng)前約 7870 萬元人民幣）的資金，其中一部分將資助納米比亞大學(xué)首批天體物理學(xué)博士生，他們將與牛津大學(xué)物理系團(tuán)隊合作以進(jìn)行進(jìn)一步研究。
科學(xué)家認(rèn)為，非洲毫米波射電望遠(yuǎn)鏡將首次實現(xiàn)觀測并拍攝到位于我們銀河系中心以及更遠(yuǎn)地方的大黑洞。和小型黑洞一樣，大型黑洞也會擁有“事件視界”。這些黑洞代表著難以想象的能量源，研究團(tuán)隊希望能首次實現(xiàn)觀測并拍攝到它們旋轉(zhuǎn)的景象。
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